Abschlussbericht: Ermittlung des Standes der Technik bei ... · 7 Literatur- und Quellenverzeichnis ..... 73 Vorbereitungsstudie zur Ermittlung des Standes der Technik bei Anlagen

Umweltforschungsplan des

Bundesministeriums für Umwelt,

Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit

Forschungskennzahl [3713 43 335]

UBA-FB-00

Vorbereitungsstudie zur Ermittlung des Standes der Technik bei Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln unter Einbezug von Energieeffizienzmaßnahmen

von

Alexander Potrykus, BiPRO GmbH, München

Milos Milunov, BiPRO GmbH, München

BiPRO GmbH, Grauertstr. 12, 81545 München

Im Auftrag des Umweltbundesamtes

Oktober 2014

Vorbereitungsstudie zur Ermittlung des Standes der Technik bei Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln unter Einbezug von

Energieeffizienzmaßnahmen

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Kurzbeschreibung

Der vorliegende Bericht stellt die Ergebnisse einer Vorbereitungsstudie zur Ermittlung des Standes

der Technik bei Anlagen zur Herstellung von Holzmöbeln unter Betrachtung von

Energieeffizienzmaßnahmen dar. Es wird ein Überblick über die angewandten Techniken in der

Branche gegeben und ausgewählte konkrete Techniken zur Senkung von Energieverbräuchen

werden in Form einer Fact-Sheet-Sammlung dargestellt.

Die Studie berücksichtigt Holzmöbel, welche hauptsächlich aus Holzwerkstoffen (Spanplatten,

Faserplatten, Sperrholz, Holzformteile), Vollholz, Furnier oder anderen Holzbauteilen bestehen. Der

Fokus des Vorhabens liegt dabei auf gängigen Möbeln wie z.B. Stühlen, Tischen und Schränken.

Auf dieser Grundlage wird der Industriesektor mit der grundsätzlichen Struktur der Branche, wie

Anzahl, Größe und geografischer Verteilung der Anlagen sowie mit aktuellen Produktionszahlen und

Wirtschaftsdaten für Deutschland dargestellt.

Die derzeit in der Holzmöbelproduktion angewandten Produktionsprozesse werden überblicksartig

beschrieben und die jeweils wichtigsten Stoffströme und Emissionsquellen identifiziert und grafisch

dargestellt. Im Einzelnen werden dabei die Prozesse Beschichtung und Trocknung der Holzbauteile,

Konfektionierung (Sägen, Bohren usw.), Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen

inklusive Montage im Werk sowie prozessassoziierte Feuerungsanlagen berücksichtigt. Zudem

werden ausgewählte prozessübergreifende Techniken beschrieben, wie beispielsweise die

Einführung von Umwelt- und/oder Energiemanagementsystemen, welche zur Vermeidung und

Verminderung von Energieverbräuchen und Emissionen führen können.

Ausgewählte Techniken zur Senkung von Energieverbräuchen werden in Form von Fact-Sheets

beschrieben. Die Fact-Sheets decken die folgenden Aspekte ab: technische Beschreibung,

Energieeinsparungs- und Umweltentlastungspotenziale sowie medienübergreifende Auswirkungen,

für die Anwendbarkeit relevante technische Aspekte, wirtschaftliche Auswirkungen und

Informationen zu verwendeten Referenzunterlagen.

Die in der Vorbereitungsstudie erreichten Ergebnisse sollen als Informationsgrundlage für eine

spätere umfassendere Ermittlung des Standes der Technik in der deutschen Holzmöbelherstellung

dienen. Sie sollen in zukünftige Studien einfließen, in denen sie weiterentwickelt und konkretisiert

werden. Zu diesem Zweck müssen in einem nächsten Schritt weitergehende und detailliertere

Informationen erhoben werden, insbesondere auch konkrete Anlagendaten aus

Anlagenbesichtigungen.



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Abstract

The present report represents the main findings/results of a preparatory study to determine best

available techniques for the manufacturing of wooden furniture under consideration of energy

efficiency measures. The report gives an overview of applied techniques within the sector and

provides a description of selected techniques to reduce energy consumption in fact-sheets.

The preparatory study considers wooden furniture which is mainly made out of wooden

materials/components (chipboards, fibreboards, plywood, moulded wood components), solid wood,

veneer or other wooden materials. It considers common types of wooden furniture, as for example

chairs, tables and wardrobes.

Initially, a brief introduction chapter provides recent general information about the industry sector in

terms of number and size of installations, geographical distribution, production capacity and

economics.

Further, a brief description of the production processes currently applied in the sector along with an

indication of the techniques used to reduce energy consumption and emissions is included. The

sequential steps in a typical manufacturing unit are described, as follows: coating and drying of

wooden components, wood processing (sawing, drilling, etc.), assembly of fittings and non-wooden

components incl. pre-assembly on the site and process associated combustion plants. In addition, a

description of selected cross-process techniques/measures is included, such as the introduction of

environmental and/or energy management systems, modernization of the lighting equipment,

maintenance, etc. which can lead to the prevention and reduction of energy consumption and

emissions.

Selected techniques, which are applied in order to reduce energy consumption, are further described

in fact-sheets. The fact-sheets cover the following topics: technical description, potential

environmental benefits and cross-media effects, applicability, economics and reference literature.

The main findings/results of the preparatory study should be used in a further step as a basis for the

determination of best available techniques within the wooden furniture manufacturing industry in

Germany. The findings should be incorporated in future studies and further specified and evolved.

For this purpose, additional, more detailed information needs to be collected, especially information

on facility level, obtained during site visits.



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Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis .............................................................................................................. 9

Tabellenverzeichnis ................................................................................................................. 10

Abkürzungsverzeichnis ............................................................................................................ 11

Zusammenfassung .................................................................................................................. 12

Summary ................................................................................................................................ 18

1 Vorwort .......................................................................................................................... 24

2 Anwendungsbereich ........................................................................................................ 25

3 Allgemeine Informationen ................................................................................................ 26

4 Angewendete Prozesse und Verfahren .............................................................................. 29

4.1 Beschichtung und Trocknung der Holzbauteile .................................................... 29

4.2 Konfektionierung ............................................................................................... 34

4.3 Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen und Montage im Werk ............ 37

4.4 Prozessassoziierte Feuerungsanlagen................................................................. 39

4.5 Prozessübergreifende Maßnahmen zur Minderung von Emissionen und

Energieverbräuchen ........................................................................................... 41

5 Techniken zur Senkung des Energieverbrauchs (Fact-Sheets) ............................................. 43

5.1 Kantenanleimen mit Laser und Atmosphärendruckplasma .................................... 44

5.2 Verwendung von Stand-By-Systemen .................................................................. 47

5.3 Luftkissentische mit Lastabhängiger Luftkissensteuerung .................................... 48

5.4 Verwendung effizienter Motoren ......................................................................... 50

5.5 Energieeffiziente Absaugung von Spänen und Staub ............................................ 52

5.6 Luftrückführung nach Entstaubung ..................................................................... 55

5.7 Rückgewinnung der Abbremsenergie .................................................................. 56

5.8 Einsatz reibungsarmer Mechaniken und Antriebssysteme .................................... 57

6 Applied techniques to reduce energy consumption (Fact-sheets) ........................................ 59

6.1 Edge banding with laser and atmospheric plasma ................................................ 59

6.2 Use of stand-by systems .................................................................................... 62

6.3 Air cushion tables with load dependent control.................................................... 63

6.4 Use of energy efficient motors ............................................................................ 64

6.5 Energy efficient extraction of chips and dust ........................................................ 67

6.6 Air recirculation after dust removal ..................................................................... 69

6.7 Recovery of breaking energy ............................................................................... 71

6.8 Application of low friction mechanics and drive systems ...................................... 72



8

7 Literatur- und Quellenverzeichnis ..................................................................................... 73



9

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Wertmäßiger Anteil ausgewählter Holzmöbelgüterarten an der

Jahresproduktion von Holzmöbeln .......................................... 28

Abbildung 2: Stoffströme und Emissionsquellen (Beschichtung und

Trocknung) ........................................................................... 30

Abbildung 3: Stoffströme und Emissionsquellen (Konfektionierung) ............. 35

Abbildung 4: Stoffströme und Emissionsquellen (Anbringen von

Beschlägen) .......................................................................... 38

Abbildung 5: Stoffströme und Emissionsquellen (Prozessassoziierte

Feuerungsanlagen) ................................................................ 40



10

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Anzahl der Betriebe und Beschäftigten in der Möbelbranche .... 26

Tabelle 2: Anzahl der Betriebe und Beschäftigten nach Bundesländern .... 26

Tabelle 3: Übersicht über die in Deutschland hergestellten Holzmöbel in

2012 .................................................................................... 27

Tabelle 4: Übersicht über Einsatzstoffe und Techniken

(Oberflächenbeschichtung), [EC 2007] .................................... 31



11

Abkürzungsverzeichnis

1. BImSchV Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen vom 26. Januar 2010

(BGBl. I S. 38) (Erste Verordnung zur Durchführung des Bundes-

Immissionsschutzgesetzes)

AltholzV Verordnung über Anforderungen an die Verwertung und Beseitigung von Altholz

(Altholzverordnung - AltholzV) vom 15. August 2002 (BGBl. I S. 3302)

BVT Beste Verfügbare Techniken

CNC Computerized Numerical Control

EVA Ethylenvinylacetat

IEC International Electrotechnical Commission

IR Infrarot

LED Leuchtdiode (engl. light-emitting diode)

NC Numerical Control

PU Polyurethan

PVAC Polyvinylacetat

UBA Umweltbundesamt

UF Urea Formaldehyd

UV Ultraviolett

VOC Flüchtige organische Verbindungen (engl. Volatile Organic Compounds)



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Zusammenfassung





werden in Form von Fact-Sheets dargestellt.

Der Fokus des Forschungsvorhabens liegt auf gängigen Möbeln aus Holz wie beispielsweise Stühlen,

Tischen und Schränken. Als Holzmöbel werden Möbel angesehen, die hauptsächlich (Richtwert 80%)

aus Holzwerkstoffen (Spanplatten, Faserplatten, Sperrholz, Holzformteile), Vollholz, Furnier oder

anderen Holzbauteilen bestehen.

Das Vorhaben betrachtet die folgenden Prozesse der Holzmöbelherstellung:

▸ Beschichtung und Trocknung der Holzbauteile

▸ Konfektionierung (Sägen, Bohren, usw.)

▸ Anbringung von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen und Montage im Werk

▸ Prozessassoziierte Feuerungsanlagen

▸ Prozessübergreifende Maßnahmen zur Minderung von Energieverbräuchen und Emissionen

Die Datenerhebung ist spezifisch auf diese Tätigkeiten ausgerichtet. Nicht betrachtet werden die

Herstellung der Holzbauteile selbst (z.B. Herstellung von Rohplatten) sowie die Produktion von

Beschlägen und anderen Nicht-Holzbauteilen.

Zu Beginn des Berichtes werden allgemeine Informationen zum Industriesektor dargestellt. Die

grundsätzliche Struktur der Branche, wie die Anzahl, Größe und geografische Verteilung der

Anlagen, sowie die aktuellen Produktionszahlen und Wirtschaftsdaten werden ermittelt und

zusammengefasst.

Die deutsche Holzindustrie setzt sich im Wesentlichen aus der Möbelindustrie, der Produktion von

Bauelementen einschließlich der Fertighausindustrie, der Holzwerkstoffindustrie sowie der übrigen

Holzverarbeitung zusammen. Im Bereich der Möbelindustrie unterscheidet das Statistische

Bundesamt bei seinen Erhebungen die übergreifenden Bereiche Herstellung von Büro- und

Ladenmöbeln, Herstellung von Küchenmöbeln, Herstellung von Matratzen und Herstellung von

sonstigen Möbeln. Im Projektzusammenhang sind insbesondere die Herstellung von Küchenmöbeln,

Büro- und Ladenmöbeln und sonstigen Möbeln von Bedeutung.

In den Bundesländern Nordrhein-Westfalen, Bayern und Baden-Württemberg befinden sich etwa

64 % der Betriebe. Die Anzahl der Betriebe und Beschäftigten in der Möbelbranche verringerte sich

geringfügig in den letzten Jahren. Der Wert der Jahresproduktion von Holzmöbeln lag in 2012 bei

etwa 11,4 Milliarden Euro. Die Produktion von Einbauküchenelementen aus Holz, Ladenmöbeln aus

Holz, Teilen für Möbel aus Holz, Schlafzimmerschränken aus Holz und Polstersesseln mit Gestell aus

Holz trägt mit mehr als 60 % zum Gesamtwert der Jahresproduktion bei.

Im Anschluss an die allgemeine Beschreibung des Industriesektors folgt eine Zusammenfassung der

gegenwärtig in den Anlagen der Holzmöbelproduktion angewandten Produktionsprozesse. Es

werden die aufeinanderfolgenden Produktionsschritte einer typischen Fertigungsstätte aufgeführt.

Diese beinhalten üblicherweise Folgendes:

Beschichtung und Trocknung der Holzbauteile

Unter Beschichten versteht man ein Fertigungsverfahren, in dem ein formloser Stoff mit bestimmter

Schichtdicke auf die Oberfläche eines Werkstückes aufgebracht wird. Im Fall von Holzbauteilen dient



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die Beschichtung zunächst dem Schutz des Werkstoffes vor Nässe, Feuchtigkeit,

Sonneneinstrahlung, etc. oder auch vor mechanischer Abnutzung. Weiterhin kann durch eine

Beschichtung auch die Optik des Möbelstücks beeinflusst werden.

Konfektionierung

Bevor durch Anbringen von Zusatzbauteilen und der Endmontage ein fertiges Möbelstück entsteht,

müssen die unbearbeiteten Holzbretter oder –platten zu Halbzeugen weiterverarbeitet werden. Dazu

werden die Holzbretter und -platten durch verschiedene Zerspanungstechniken (Bohr-, Säge-,

Frästechniken) formatiert. Durch die zerspanenden Verfahren werden z.B. Nuten, Falzen, Winkel,

Bogen und Bohrungen im Werkstück angebracht bzw. generell das Werkstück auf die gewünschten

Maße formatiert.

Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen inkl. Montage im Werk

Die konfektionierten und beschichteten Holzbauteile werden in einem weiteren Produktionsprozess

mit Beschlägen versehen. Des Weiteren können zusätzliche Holz und/oder Nicht-Holzbauteile

angebracht werden. Der Übergang zur Montage im Werk wird als fließend betrachtet. Beispiele für

angebrachte Beschläge sind Scharniere, Griffe, Auszugsführungen, Fachbodenträger,

Verbindungselemente, Rollen, Räder oder Schlösser. Zusätzlich angebrachte Nicht-Holzbauteile

können z.B. Funktions- oder Designelemente u.a. aus Kunststoff, Metall, Textilien oder Stein sein.

Prozessassoziierte Feuerungsanlagen

Betriebe ohne eigene Feuerungsanlage können das im Betrieb anfallende Restholz an geeignete

Recyclingunternehmen abgeben. Betriebe mit eigener Holzfeuerung können das Restholz z.B. zur

Beheizung des eigenen Betriebes (z.B. Büroräume, Produktionshallen) verwenden. Hierzu stehen

unterschiedlichste Anlagentypen zur Verfügung.

Nach der allgemeinen Zusammenfassung der gegenwärtig in den Anlagen der Holzmöbelproduktion

angewandten Produktionsprozesse folgt die Identifizierung und Beschreibung wichtigster

Stoffströme und Emissionsquellen der jeweiligen Prozesse. Des Weiteren werden die zur Vermeidung

und Verminderung von Verbräuchen und Emissionen angewandten Techniken aufgeführt. Diese

werden meist in nicht investive Maßnahmen, investive Maßnahmen und Maßnahmen bei

Anlagenersatz unterteilt.

Das Forschungsvorhaben berücksichtigt insbesondere Techniken zur Verminderung von

Energieverbräuchen. Abgerundet wird die Betrachtung durch eine Beschreibung ausgewählter

prozessübergreifender Techniken/Maßnahmen (Querschnittstechnologien), wie z.B. die Einführung

von Umwelt- und/oder Energiemanagementsystemen, Modernisierung der Beleuchtungstechnik,

Wartung und Instandhaltung, etc., welche zur Verminderung von Energieverbräuchen und

Emissionen führen können.

Ausgewählte Techniken zur Senkung des Energieverbrauchs wurden zudem in Fact-Sheets

beschrieben. Soweit möglich, decken die Fact-Sheets folgende Punkte ab:

Technische Beschreibung

Ausführliche, aber dennoch übersichtliche und verständliche technische Beschreibung der

angewandten Technik.

Energieeinsparungs- und Umweltentlastungspotenziale sowie medienübergreifende Auswirkungen

Darstellung und Quantifizierung von Energieeinsparpotenzialen (CO2 Entlastungspotenziale),

insbesondere durch die Angabe von CO2 Emissionswerten und Reduktionspotenzialen durch den

Einsatz der Techniken (z.B. in %). Des Weiteren werden zusätzliche Emissionen wie z.B. VOC, Staub



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und weitere Umweltentlastungspotenziale betrachtet (z.B. Einsparung von Ressourcen). Um einen

Vergleich zwischen verschiedenen Techniken zu ermöglichen und um die Auswirkungen auf die

Umwelt insgesamt beurteilen zu können, werden zudem weitere positive und evtl. auch negative

Umweltauswirkungen, welche sich durch die Anwendung der Technik ergeben, zusammengefasst.

Neben Umweltauswirkungen werden auch weitere Aspekte betrachtet, wie z.B. der Arbeits- und

Gesundheitsschutz.

Für die Anwendbarkeit relevante technische Aspekte

Falls die Technik im gesamten Sektor angewandt werden kann, so wird dies hier angegeben.

Andernfalls werden die wichtigsten grundlegenden technischen Einschränkungen für die sektorweite

Anwendung der Technik aufgeführt (z.B. Menge, Art oder Qualität des hergestellten Produkts;

bauliche Einschränkungen). Des Weiteren wird bewertet, ob eine Nachrüstung der Technik in

bestehende Anlagen möglich ist.

Wirtschaftliche Auswirkungen

Angaben zu den Kosten der Techniken (Kapital-/Investitionskosten, Betriebs- und

Instandhaltungskosten einschl. Angaben dazu, wie diese Kosten ermittelt/geschätzt wurden) und

möglichen Einsparungen aufgrund ihrer Anwendung (z.B. Senkung der Energiekosten,

Abfallgebühren, kürzere Amortisationszeit im Vergleich zu anderen Techniken) sowie zu Erträgen

oder anderen Vorteilen.

Referenzen

Fachliteratur oder sonstige Referenzunterlagen mit ausführlicheren Informationen über die Technik.

Die Vorbereitungsstudie beinhaltet insgesamt acht Fact-Sheets. Diese sind im Folgenden kurz

dargestellt:

Kantenanleimen mit Laser und Atmosphärendruckplasma

Beim Kantenanleimen mit Laser wird die Funktionsschicht durch den Einsatz eines Lasers aktiviert.

Eine spezielle Klebstoffschicht wird auf dem Kantenband geschmolzen und direkt auf das Werkstück

gepresst. Dies vereinfacht den Bearbeitungsprozess im Vergleich zu konventionellen,

leimgebundenen Systemen. Es entsteht ein optisch fugenloses Ergebnis, die sogenannte Nullfuge.

Beim Kantenanleimen mit Atmosphärendruckplasma werden die Kanten durch eine

Atmosphärendruck-Plasmaaktivierung angebracht. Dazu werden diese mit einer speziellen

plasmaaktivierbaren Polyurethan-Schicht versehen. In einer Spezialmaschine wird dann mit Hilfe

des Plasmas das Polyurethansystem aktiviert und die Kante mit dem Werkstück fest und weitgehend

fugenlos verbunden. Der Polymer- oder Klebstofffilm wird dabei, wie beim Kantenanleimen mit

Lasern, exakt auf die benötigte Temperatur erwärmt.

Im Gegensatz zu konventionellen, leimgebundenen Verfahren, wird beim Kantenanleimen mit Laser

und Atmosphärendruckplasma Energie ausschließlich im Moment des Kantenanklebens auf das

Werkstück benötigt. Zudem entfällt der Einsatz von Klebern und Hilfsstoffen wie Trenn- und

Reinigungsmitteln. Weitere Umweltentlastungspotenziale sind zudem:

▸ Keine Verschmutzungs- und Reinigungsprobleme (Einsparung von Reinigungsmitteln)

▸ Reduzierung der Ausschussquote (Ressourceneinsparung)

▸ Erhöhte Wärmebeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Werkstücke durch

dauerhafte funktionale Nullfuge (mögliche Ressourceneinsparung durch hohe Lebensdauer

der Endprodukte)



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▸ Minimierter Wartungsaufwand und geringere Rüstzeiten (höhere Produktivität)

▸ Verbesserung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes (kein Umgang mit Klebern und

Hilfsstoffen wie Trenn- und Reinigungsmitteln)

Verwendung von Stand-By-Systemen

Die Stand-By-Funktion versetzt energieverbrauchende Maschinen und Systeme in einen

energiesparenden Wartezustand, entweder per Knopfdruck oder nach einem definierten Zeitraum.

Sobald der energiesparende Modus aktiviert wird, unterbricht die Maschine den Normalbetrieb. Die

energieverbrauchenden Aggregate schalten sich ab, alle Servoantriebe werden vom Netzanschluss

getrennt und ein Signal deaktiviert automatisch die Absaugung.

Neben dem Energieverbrauch werden auch die Lärmemissionen im Betrieb vermindert. Dies führt

auch zur Verbesserung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes.

Luftkissentische mit lastabhängiger Luftkissensteuerung

Luftkissentische werden eingesetzt, um Werkstücke wie Holzplatten leicht verschieblich zu lagern.

Das zu Grunde liegende Funktionsprinzip der Luftkissentische ist, dass die Luftzuführungsöffnungen

mit einer Druckluftquelle verknüpft sind. Die Erzeugung des Überdrucks erfolgt mittels Ventilatoren.

Diese stellen einen Volumenfluss an komprimierter Luft zur Verfügung, der an eine Vielzahl von

Luftdüsen verteilt wird und bei Aktivierung aus diesen austritt. Beim Ausströmen der Luft baut sich

ein Luftpolster auf, das aufgelegte Werkstück schwebt und kann dadurch einfacher auf dem

Bearbeitungstisch verschoben/gedreht werden. Die Aktivierung erfolgt oft durch das Eindrücken

eines Stiftes durch das zu bearbeitende Holzwerkstück. Auf dem Markt existieren unterschiedliche

Weiterentwicklungen der konventionellen Luftkissentische. Es werden beispielsweise

Luftkissentische mit lastabhängigem Gebläse angeboten. Dabei wird der Volumenstrom der

zugeführten Luft in Abhängigkeit vom Gewicht des Werkstücks geregelt (integrierte

Gewichtssensoren). Wenn kein Werkstück aufliegt, muss das Gebläse nicht laufen. Benötigt das

Werkstück wenig Luft-Unterstützung zum Handling, wird weniger Druck erzeugt.

Der Einsatz konventioneller Luftkissentische erfordert einen hohen Energiebedarf, da kontinuierlich

die maximale Luftmenge ausgeblasen wird, unabhängig vom Gewicht und der Größe des

aufliegenden Werkstücks. Die Luftmenge ist nicht an den tatsächlichen Bedarf angepasst. Durch den

Einsatz von Gewichtssensoren, für lastabhängige Luftkissensteuerung, kann der Energieverbrauch

gesenkt werden. Gewichtssensoren können den notwendigen Bedarf feststellen und die Luftmenge

entsprechend anpassen. Es wird nur so viel Luft ausgeblasen, wie für das aufliegende Werkstück

tatsächlich benötigt wird. Die lastabhängige Luftkissensteuerung ist somit in der Lage, den

Energieverbrauch deutlich zu reduzieren. Zudem ergeben sich weitere Vorteile wie z.B.:

▸ Ressourceneinsparung durch schonenden Umgang mit Werkstücken (Verminderung von

Ausschuss)

▸ Verteilung von Staubemissionen in der Werkhalle vermindert (federgelagerte Verschluss-

Kugeln schließen bei Nichtbelastung)

▸ Minderung der Lärmemissionen durch weniger ausströmende Luft

Verwendung effizienter Motoren

Viele Standardmotoren erreichen besonders im Leistungsbereich unterhalb 20 kW nicht ihren

theoretisch bestmöglichen Wirkungsgrad. Hier bieten Energiesparmotoren, insbesondere aufgrund

ihrer verbesserten Blechpakete und Kupferwicklungen, verbesserter Luftführung im Motor und

geringer Fertigungstoleranzen einen höheren Wirkungsgrad.



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In holzbe- und verarbeitenden Betrieben werden Maschinen selten konstant belastet. Neben den

offensichtlichen Potenzialen der Energiesparmotoren, ist eine genaue Drehzahlregelung des Motors

zur Anpassung der benötigten Leistung unerlässlich. Je näher ein Elektromotor an seiner Nennlast

betrieben wird, desto effizienter ist er. Eingesetzte Motoren sollten auch eine Ausschaltfunktion

besitzen, die im Falle eines Anlagenstillstands eingesetzt werden kann.

Energieeffiziente Absaugung von Spänen und Staub

Die Förderung von Spänen und Staub mit Ventilatoren benötigt häufig mehr Energie als die

abzusaugenden Holzbearbeitungsmaschinen. Im Bereich der Absaugung gibt es eine Vielzahl von

Ansatzpunkten, um den Energiebedarf zu reduzieren. Die Kombination folgender Techniken wird

näher betrachtet:

▸ Anpassung der Absaugluftmenge (z.B. durch Drehzahlregelung des Ventilators)

▸ Reinluftseitige Ventilatoranordnung

▸ Zentralabsaugung mit pneumatischen Absperrschiebern

Absauganlagen benötigen weniger Energie, wenn die Absaugleistung kontinuierlich dem

tatsächlichem Bedarf angepasst wird. Die Anpassung kann mittels drehzahlgeregelter

Absaugventilatoren erfolgen, aber auch Ventilatoren, deren Leistungsaufnahme über Schieber

gesteuert wird, nehmen im gedrosselten Betrieb deutlich weniger Leistung auf. Das entstehende

Späne-Staub-Gemisch wird an den Stutzen der Bearbeitungsmaschinen erfasst und durch den

Ventilator zum Filtergerät gefördert. Der Ventilator ist in der Regel im Reinluftbereich der

Filteranlage oder nach der Filteranlage angeordnet. An einem Hauptabsaugrohr sind alle Werkzeuge

der Produktionshalle angeschlossen (Zentralabsaugung). Die Hauptleitung ist mit pneumatisch

betätigten Absperrschiebern ausgestattet, welche beim Ein- oder Ausschalten der

Bearbeitungsmaschinen automatisch öffnen oder schließen. Die Steuerung öffnet die Klappen zum

Absaugrohr ausschließlich beim Betrieb des Werkzeugs, wodurch nur bei Bedarf abgesaugt wird.

Neben reduziertem Energiebedarf für die Absaugung ergeben sich weitere

Umweltentlastungspotenziale wie z.B.:

▸ Verminderung von Staubemissionen (Reststaubgehalt unter 0,1 mg/m³)

▸ Verringerter Verschleiß (Laufrad und Gehäuse werden nur mit gefilterter Luft beaufschlagt)

▸ Der Ventilator scheidet als potentielle Zündquelle aus, da er sich nicht im Materialstrom

befindet

▸ Der Absaugventilator kann schalldämpfend eingehaust werden (Verringerung von

Lärmemissionen)

Luftrückführung nach Entstaubung

Der Wärmeinhalt der abgesaugten Luft wird in vielen Fällen nicht genutzt und geht als Abwärme in

die Umgebung verloren. Mit den derzeit eingesetzten Filteranlagen (Filterschläuche aus Gewebe)

können Reststaubkonzentrationen von unter 0,1 mg/m3 erreicht werden. Die abgesaugte und

gefilterte Luft kann nach dem Passieren des Filters zu ca. 80 % wieder in den Bereich der

Holzbearbeitungsmaschinen zurückgeführt werden. Dem Fertigungsbereich wird somit nur 20 % der

ursprünglich erwärmten Luft entnommen. Die Luftrückführung kann daher den Energieverbrauch

deutlich senken, da keine Energie zur Erwärmung der angesaugten Luft von Außentemperatur auf

die in der Halle gewünschte Temperatur benötigt wird. Zudem kann ein kleinerer Kessel installiert

werden. Falls auf die direkte Luftrückführung verzichtet werden muss, besteht die Möglichkeit, nach

der Filteranlage Wärmerückgewinnungssysteme einzusetzen, die mit Wirkungsgraden von ~60 %



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arbeiten. Die vorzuhaltende Heizleistung und der äquivalente Brennstoffverbrauch reduzieren sich

damit auf etwa 40 %.

Rückgewinnung der Abbremsenergie

Die Bremsenergie von Holzbearbeitungsmaschinen kann mittels Regelelektronik durch

Generatorschaltung der Motoren genutzt werden. Dies ist besonders bei Maschinen wirksam, die

häufig Geschwindigkeits- oder Drehrichtungsänderungen vornehmen. Diese können die beim

Abbremsen bislang in Wärme umgewandelte Energie kontrolliert und praktisch frei von

Rückwirkungen zurück ins Netz einspeisen, sodass sie von anderen Verbrauchern wieder verwendet

werden kann.

Einsatz reibungsarmer Mechaniken und Antriebssysteme

Linearmotoren sind im Prinzip Drehstrommotoren, die der Länge nach „aufgewickelt“ werden. Die

Kraftübertragung erfolgt nicht mehr über eine Welle, die im Motor über einen Rotor angetrieben wird

und die Kraft auf ein Getriebe und dann auf z.B. ein Ritzel überträgt. Bei dieser Technologie ist der

Rotor als Magnet auf der Wicklung berührungslos unterwegs. Der Rotor hält also das zu bewegende

Aggregat wie Sägewagen oder Schieber magnetisch schwebend und wird über die indizierte

Spannung in die jeweils gewünschte Richtung transportiert. Durch den Einsatz von Linearmotoren

und Aggregatführungen über Linearführungen werden mechanische Komponenten überflüssig.

Durch den Einsatz der Technik verringert sich der Energieverbrauch der Bearbeitungsmaschinen.









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Summary

The present report represents the main findings/results of a preparatory study to determine best

available techniques for the manufacturing of wooden furniture under consideration of energy

efficiency measures. The report gives an overview of applied techniques within the sector and

provides a description of selected techniques to reduce energy consumption in fact-sheets.

The preparatory study considers common types of wooden furniture, as for example chairs, tables

and wardrobes. Wooden furniture is defined as furniture which is mainly (approximately 80 %) made

out of wooden materials/components (chipboards, fibreboards, plywood, moulded wood

components), solid wood, veneer or other wooden materials.

The study considers the following manufacturing processes:

▸ Coating and drying of the wooden components

▸ Wood processing (sawing, drilling, etc.)

▸ Assembly of fittings and non-wooden components incl. pre-assembly on the site

▸ Process associated wood fired combustion system

▸ Cross-process measures to reduce energy consumption and emissions

The data collection is specifically targeted to the processes indicated above. Out of scope is the

manufacture of wooden components (e.g. manufacturing of wood based panels) and the manufacture

of fittings and other components consisting of other materials than wood.

Initially, a brief introduction chapter provides recent general information about the industry sector in

terms of numbers and size of installations, geographical distribution, production capacity and

economics.

The German woodworking industry comprises in general of the furniture manufacturing industry, the

building panel industry incl. production of prefabricate houses, derived timber product industry and

the remaining wood processing industry. The furniture manufacturing industry includes the

manufacture of office and retail shop furniture, kitchen furniture, mattresses and other types of

furniture. The manufacture of kitchen furniture and office and retail shop furniture are of particular

importance for the current study.

Approximately 64 % of the relevant production sites are located in the German federal states North

Rhine-Westphalia, Bavaria and Baden-Württemberg. The total number of employees within the

furniture manufacturing sector decreased slightly during the last few years. The total value of the

annual production of wooden furniture was estimated to be around 11.4 billion euro. The production

of wooden kitchen furniture, wooden retail shop furniture, wooden assembly parts, wooden bedroom

wardrobes and armchairs with wooden frames contributes to more than 60 % to the total value of the

annual production of wooden furniture.

Further, a brief description of the production processes currently applied in the sector along with an

indication of the techniques used to prevent and reduce energy consumption and emissions is

included. The sequential steps in a typical manufacturing unit are described, as follows:

Coating and drying of wooden components

Coating represents a manufacturing method in which a formless material with a certain thickness is

applied onto the surface of a work piece. With regard to wooden components, coatings are used to

protect the material from moisture, humidity, solar radiation, etc. or mechanical wear. Besides,

coatings can influence the appearance of furniture.



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Wood processing (sawing, drilling, etc.)

Before a finished piece of furniture can be assembled, the wooden components need to be further

processed into semi-finished products. For this purpose, the wooden boards and panels are

processed by applying various machining techniques (drilling, sawing, milling, etc.). During this

production step, grooves, rebates, angles, arcs and holes are applied to the work piece or the work

pieces are generally formatted to a desired dimension.

Assembly of fittings and non-wooden components incl. pre-assembly on the site

The coated and processed wooden components are, in a further step, provided with fittings.

Furthermore, additional wood and/or non-wood components can be attached. The transition to pre-

assembly on the site is considered fluent. Examples of affixed fittings are hinges, handles, drawer

slides, shelf supports, fasteners, rollers, wheels or locks. The fitted non-timber components can be

e.g. functional or design elements out of plastic, metal, textiles or stone.

Process associated combustion plants

Sites without own wood fired combustion systems on the site can supply their off-cuts of wood to

recycling companies. Production sites with own wood fired combustion systems can e.g. generate

heat which can be utilized for heating of offices and production facilities. Various combustion

systems are available on the market.

After the general summary of the production processes currently applied in the sector, the most

important material flows and emission sources of the respective processes are described.

Furthermore, techniques used to prevent and reduce consumptions and emissions are summarised.

These are usually divided into non-investment measures, investment measures and measures which

can be applied in case the entire system is replaced. The project in particular considers techniques

which are applied to reduce energy consumption. Besides, a description of selected cross-process

techniques/measures is included, such as the introduction of environmental and/or energy

management systems, modernization of the lighting equipment, maintenance, etc. which can lead to

the reduction of energy consumption and emissions.

Selected techniques which are applied in order to reduce energy consumption are described in fact-

sheets. The fact-sheets cover following issues:

Description

The section includes a detailed and comprehensible technical description of the applied technique.

Potential environmental benefits and cross-media effects

The main potential environmental benefits to be gained through implementing the technique

(including reduced consumption of energy, reduced emissions, raw material savings, etc.) are

summarised and quantified within this section (e.g. reduction of CO2 emissions in %). In order to

allow a comparison amongst techniques and assess the impact on the environment as a whole,

further positive and possibly also negative environmental effects due to implementing the techniques

are summarised. Besides, further aspects, such as health and safety at work are considered as well.

Applicability

In case the technique can be applied throughout the entire industrial sector, this is indicated within

this section. Otherwise, the main general technical restrictions on the use of the technique within the

sector are indicated (e.g. quantity, type and quality of product manufactured, space availability).

Further, the possibility for retrofitting in existing installations is assessed.



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Economics

Information on costs of a technique (capital/investment, operating and maintenance including

details on how these costs have been calculated/estimated) and any possible saving following from

their application (e.g. reduced raw material or energy consumption, waste charges, reduced payback

time compared to other techniques), revenue or other benefits.

Reference Literature

Literature or other reference material used to draft the section and that contains more detailed

information on the technique is indicated in this section.

The preparatory study contains eight Fact-Sheets in total. These are briefly introduced in the

following:

Edge banding with laser and atmospheric plasma

During edge banding with laser, the functional layer is activated with laser technology. A special

adhesive coating is melted directly on the edging and pressed directly onto the working piece. An

oscillating mirror deflects the laser to the required height, depending on the thickness of the edging.

This simplifies the processing compared to conventional glue-based systems. The result is a visually

seamless, so called ‘zero joint’

During edge banding with atmospheric plasma, the edges are mounted via an activation process of

atmospheric plasma. Therefore, the edges are coated with a special polyurethane layer, which is

activated with the help of plasma. Afterwards the edge is joint solidly and mostly seamless with the

working piece. The polymer or glue-based layer is heated up to the required temperature, similar to

the process of edge banding with laser.

In contrast to conventional, glue-based processes, both processes require energy exclusively during

the actual moment of gluing edge onto working piece. In addition, no glue and auxiliary materials

such as separating agents and detergents are required. Further benefits are for example:

▸ Reduction of possible pollution or cleaning problems (saving of detergents)

▸ Reduction of reject rate (resource savings)

▸ Increase of heat and moisture resistance of the working pieces due to the permanent

functional ‘zero joint’ (potential resource savings due to longer life span of final products)

▸ Minimized maintenance and set-up time (higher productivity)

▸ Improvement of health and safety at work (no handling of adhesives and auxiliary materials

such as separating and cleansing agents)

Use of stand-by-systems

With the help of a stand-by function, energy intensive machinery and systems can be transferred into

an energy saving ‘sleeping mode’, either via a regular button or after a certain time period. As soon as

the energy saving mode is activated, the machine stops its regular operation mode. All energy

consuming units shut down, servo drives are disconnected from power supply and a signal

deactivates the automatic extraction system.

Besides reduced energy consumption, further benefits include reduction of noise emissions, which is

also connected to an improvement of health and safety at work.



21

Air cushion tables with load dependent control

The basic functional principle of air tables is that one or more air inlet openings within the table can

be fed with compressed air. The necessary pressure is commonly generated via fans. The volume flow

of the compressed air is distributed to several air outlet openings where air can be released on

demand. Flowing out of the opening, the compressed air forms an air cushion and the working piece

floats on top of this air cushion. Hence, it can be moved or turned easily on the processing table. The

air flow commonly is activated when the working piece is pushed onto a pin on the table. There are

several developments of conventional air tables on the market, for instance air tables with load-

dependent control. Thereby, the volume flow of compressed air is regulated depending on the weight

of the working piece (via integrated weight sensors). As long as no working piece is placed on the

table, the fans are turned off. Correspondingly, the pressure will be reduced when the working piece

only requires a small amount of air support.

Applying conventional air tables requires a high energy demand, since the maximum air volume is

generated continuously and independent from weight and size of the treated working piece. The

generated air volume is not adjusted to the actual volume needed.

Via the application of weight sensors for air tables with load-dependent control, the energy

consumption can be decreased. The integrated sensors are able to determine the necessary demand

and adjust the supplied volume of compressed air. Consequently, only the currently needed volume

of compressed air is generated, which is needed for handling of the working piece. Load-depended

control of air tables, therefore, significantly reduces energy consumption and CO2 emissions. In

addition, the following benefits can be highlighted:

▸ Resource savings due to careful treatment of working pieces (decrease of reject rate)

▸ Reduced distribution of dust emissions in workshops (spring-loaded locking balls locked

during non-load situations)

▸ Reduction of noise emission due to less flowing air

▸ Simple handling and ergonomic working conditions (improvement of health and safety at

work)

▸ Reduction of air draft at working places (improvement of health and safety at work)

Use of energy efficient motors

Many standard motors are not able to provide the highest possible efficiency, especially in the power

range, below 20kW. Within this range, energy efficient motors show higher efficiency rates due to

improved sheet stacks and copper windings, improved airflow inside the motor and lower production

tolerances.

Wood processing machinery is rarely used continuously. Besides the obvious potential of using

efficient motors, an accurate use of rotation speed control is essential in order to adapt the output of

the motor to the actual power needed. The closer a motor is operated at its nominal load, the more

efficient it will be. Additionally, motors should have a switch-off function, which can be used during

machinery downtime.

Energy efficient extraction of chips and dust

Extraction of chips and dust via fans is often more energy consuming than the wood processing

machinery itself. In the field of extraction, many possibilities exist to reduce energy consumption.

The combination of following techniques is further explained:

▸ Adaption of air flow in extraction system (e.g. via rotation speed control of fans)

▸ Installation of fans at clean air side



22

▸ Centralized extraction system with pneumatic gate valves

Extraction systems will require less energy if the extraction capacity is continuously adapted to the

actual need. The adaption can be performed via a rotation speed control of the extraction fans.

Alternatively fans whose power input is regulated with gate valves, require less energy in a part load

operation mode. The occurring chip-dust mixture is picked up at a nozzle of the processing machine

and conveyed to the filter via fans. The fans are commonly installed within the clean air side of the

filtering system or after the filter. All relevant tools of the production site are connected to the main

extraction pipe (centralized extraction system). The main pipe is equipped with pneumatic operating

gate valves which open/close automatically during operation/shut-down of the processing

machinery. The control allows an exclusive opening of the valves during operation of the machine.

Consequently the extraction system is only working on demand. Besides reduced energy

consumption, the following environmental benefits can be pointed out:

▸ Reduction of dust emissions (remaining dust content below 0.1 mg/m3)

▸ Effectively no wear (impeller and housing are only treated with filtered air)

▸ The fan is not considered to be a relevant source of ignition due to its location outside the

material flow

▸ The extraction fan can be sound-insulated (Reduction of noise emissions)

Air recirculation after dust removal

The heat content of extracted air in many cases is not used and vanishes as heat loss into the

environment. With help of currently applied filter systems (e.g. fabric filter tubes) residual dust

contents of less than 0.1 mg/m3 are achievable. After passing the filter, about 80 % of the extracted

and filtered air can be recirculated into the area of the wood processing machines. So, only 20 % of

the initially heated air has to leave the production area. A recirculation of air thus can significantly

decrease energy consumption, since no energy is needed for heating up the ambient air to the

necessary temperature inside the production facilities. Additionally, a smaller boiler can be installed.

In case direct air recirculation is not feasible, heat recovery systems can be installed, which show

efficiency levels of about 60%, after the filters. Therefore, the necessary heating power as well as the

equivalent fuel consumption can be decreased to 40%.

Recovery of breaking energy

Braking energy of wood processing machines can be used via automation electronics, namely

through switching the motors to generator mode. This is especially applicable for machines with

frequent changes in velocity or direction. Consequently, energy which so far was converted into heat

can now be controlled and fed back into the grid without any retrofitting, where other appliances can

use this energy again.

Application of low friction mechanics and drive systems

Linear motors are basically three-phase motors, that are ‘winded up‘ lengthwise. The power is not

transmitted anymore via a shaft which is driven by a rotor inside the motor and transmits the power

to a gear and following to e.g. a sprocket. The rotor acts contactless as a magnet at the winding.

Hence, the rotor keeps the aggregates which should be moved (e.g. saw carrier, sliders) magnetically

floating. Via the induced voltage the aggregates can be transposed in the desired direction. With an

application of linear motors and aggregate guideways above linear guideways, mechanical

components are not required anymore. The application of low friction mechanics and drive systems

reduces energy consumption of wood processing machines.



23

The main findings/results of the preparatory study should be used in a further step as a basis for the

determination of best available techniques within the wooden furniture manufacturing industry in

Germany. The findings should be incorporated in future studies and further specified and evolved.

For this purpose, additional, more detailed information needs to be collected, especially information

on facility level, obtained during site visits.



24

1 Vorwort





werden in Form einer Fact-Sheet-Sammlung dargestellt.









25

2 Anwendungsbereich

Der Fokus des Vorhabens liegt auf gängigen Möbeln aus Holz wie beispielsweise Stühlen, Tischen

und Schränken. Als Holzmöbel sollen Möbel angesehen werden, die hauptsächlich (Richtwert 80 %)

aus Holzwerkstoffen (Spanplatten, Faserplatten, Sperrholz, Holzformteile), Vollholz, Furnier oder

anderen Holzbauteilen bestehen.

Das Vorhaben betrachtet die folgenden Prozesse der Holzmöbelherstellung:

▸ Beschichtung und Trocknung der Holzbauteile

▸ Konfektionierung (Sägen, Bohren, usw.)

▸ Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen und Montage im Werk

▸ Prozessassoziierte Feuerungsanlagen

Die Datenerhebung ist spezifisch auf diese Tätigkeiten ausgerichtet. Nicht betrachtet werden die

Herstellung der Holzbauteile selbst (z.B. Herstellung von Rohplatten) sowie die Produktion von

Beschlägen und anderen Nicht-Holzbauteilen.

Es werden die derzeit in der Holzmöbelproduktion angewandten Produktionsprozesse beschrieben.

Die wichtigsten Stoffströme und Emissionsquellen der jeweiligen Prozesse werden identifiziert und

visualisiert. Des Weiteren werden die zur Vermeidung und Verminderung von Emissionen und

Verbräuchen (z.B. Roh- und Betriebsstoffe) angewandten Techniken aufgeführt und ausgewählte

Techniken in Form von kurzen und präzisen Fact-Sheets näher erläutert.



26

3 Allgemeine Informationen

Kapitel 3 stellt eine allgemeine Beschreibung des Industriesektors dar. Die grundsätzliche Struktur

der Branche, wie die Anzahl und Größe, geografische Verteilung der Anlagen, die aktuellen

Produktionszahlen und Wirtschaftsdaten werden zusammengefasst.

Die deutsche Holzindustrie setzt sich im Wesentlichen aus der Möbelindustrie, der Produktion von

Bauelementen einschließlich der Fertighausindustrie, der Holzwerkstoffindustrie sowie der übrigen

Holzverarbeitung zusammen. Im Bereich der Möbelindustrie unterscheidet das Statistische

Bundesamt bei seinen Erhebungen die übergreifenden Bereiche Herstellung von Büro- und

Ladenmöbeln, Herstellung von Küchenmöbeln, Herstellung von Matratzen und Herstellung von

sonstigen Möbeln [DESTATIS 2014a]. Im Projektzusammenhang sind insbesondere die Herstellung

von Küchenmöbeln, Büro- und Ladenmöbeln und sonstigen Möbeln von Bedeutung (siehe Kapitel 2).

Die Herstellung von Matratzen wird nicht näher betrachtet.

Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Entwicklung der Anzahl der Betriebe und Beschäftigten in der

Möbelbranche von 2008 bis 2012. Es werden Betriebe erfasst mit 20 oder mehr Beschäftigten.

Tabelle 1: Anzahl der Betriebe und Beschäftigten in der Möbelbranche

Jahr Betriebe Beschäftigte

Anzahl Anzahl

2008 1.002 106.568

2009 985 101.579

2010 976 100.227

2011 966 101.721

2012 983 102.315

In den Bundesländern Nordrhein-Westfalen, Bayern und Baden-Württemberg befinden sich etwa

64 % der Betriebe. Tabelle 2 zeigt die geographische Verteilung der Betriebe der Möbelbranche nach

Bundesländern für das Jahr 2012 [DESTATIS 2014b].

Tabelle 2: Anzahl der Betriebe und Beschäftigten nach Bundesländern

Bundesland Betriebe Beschäftigte

Anzahl % Anzahl %

Baden-Württemberg 172 16,7 17.517 16,4

Bayern 187 18,2 26.041 24,4

Berlin 7 0,7 253 0,2

Brandenburg 17 1,7 1.130 1,1

Bremen - - - -

Hamburg . . . .

Hessen 45 4,4 5.877 5,5

Mecklenburg-Vorpommern 14 1,4 1.205 1,1

Niedersachsen 84 8,2 7.419 7,0

Nordrhein-Westfalen 301 29,3 32.683 30,7

Rheinland-Pfalz 36 3,5 3.794 3,6



27

Bundesland Betriebe Beschäftigte

Anzahl % Anzahl %

Saarland . . . .

Sachsen 63 6,1 3.985 3,7

Sachsen-Anhalt 24 2,3 2.122 2,0

Schleswig-Holstein 18 1,7 1.091 1,0

Thüringen 61 5,9 3.473 3,3

Zeichenerklärung (-)= nicht vorhanden; (.)=Zahlenwert unbekannt oder geheim gehalten

Auf Grundlage der vom Statistischen Bundesamt erhobenen Güterarten, lassen sich die in der

Möbelbranche hergestellten Holzmöbel und Holzmöbelteile zusammenfassen (siehe Tabelle 3). Es

wurden insgesamt 34 relevante Güterarten identifiziert. Tabelle 3 gibt einen Überblick über den Wert

und die Menge der Produktion, sowie die Anzahl der jeweiligen Unternehmen, welche zum Absatz

beitragen.

Tabelle 3: Übersicht über die in Deutschland hergestellten Holzmöbel in 2012

Ausgewählte Güterarten Wert Menge

der zum Absatz

bestimmten

Produktion

% der zum

Absatz

bestimmten

Produktion

%

EUR Stück

In Liegen umwandelbare Sitzmöbel ohne

Gartenmöbel

454.875.000 3,98 1.029.253 1,45

Gepolsterte Sitzmöbel, m. Gestell aus Holz, f. Büros . . . .

Polstersessel, mit Gestell aus Holz 567.477.000 4,97 1.313.102 1,85

Andere gepolsterte Sitzmöbel, mit Gestell aus Holz 301.558.000 2,64 846.301 1,19

Nicht gepolsterte Gartenstühle mit Gestell aus Holz 2.323.000 0,02 48.260 0,07

Nicht gepolsterte Schulsitzmöbel, mit Gestell aus

Holz

348.000 0,00 4.791 0,01

Andere nicht gepolsterte Sitzmöbel 16.089.000 0,14 113.133 0,16

Teile für Sitzmöbel aus Holz 60.738.000 0,53 - -

Teile für Möbel (nicht für Sitzmöbel) aus Holz 871.082.000 7,62 - -

Holzschreibtische, Höhe <=80cm 349.492.000 3,06 1.419.980 2,00

Andere Holztische, Höhe <=80cm 55.430.000 0,49 228.015 0,32

Holzschränke, Regale, Höhe <=80cm 207.118.000 1,81 1.726.892 2,43

Raumteilende Möbelelemente, Höhe <=80cm 66.774.000 0,58 328.409 0,46

Holzschränke und -regale, Höhe <=80cm 226.313.000 1,98 998.993 1,41

Andere kombinierbare Elemente, Höhe <=80cm 19.020.000 0,17 58.088 0,08

Andere Holzmöbel für Büros, Höhe >80cm 49.013.000 0,43 112.539 0,16

Ladenmöbel aus Holz 1.184.833.000 10,37 905.066 1,27

Einbauküchenelemente aus Holz 3.620.487.000 31,68 30.256.445 42,62



28

Ausgewählte Güterarten Wert Menge

der zum Absatz

bestimmten

Produktion

% der zum

Absatz

bestimmten

Produktion

%

EUR Stück

Andere Holzmöbel für Küchen 158.042.000 1,38 713.660 1,01

Liegen (auch sog. französische Betten) aus Holz 174.796.000 1,53 495.298 0,70

Andere Betten aus Holz 162.682.000 1,42 986.650 1,39

Schlafzimmerschränke aus Holz 719.695.000 6,30 6.534.777 9,20

Andere Schlafzimmermöbel aus Holz 351.845.000 3,08 7.269.574 10,24

Wohn- und Esszimmertische aus Holz 129.499.000 1,13 422.388 0,59

Andere Tische (Kleintische) aus Holz 15.905.000 0,14 231.832 0,33

Wohnzimmerschränke, Bücherschränke aus Holz 110.520.000 0,97 326.034 0,46

Schrankwände, auch als Raumteiler, aus Holz 294.862.000 2,58 694.499 0,98

Andere Ess- und Wohnzimmermöbel aus Holz 299.100.000 2,62 4.867.950 6,86

Badezimmermöbel aus Holz 397.073.000 3,47 3.307.885 4,66

Gartenmöbel aus Holz 3.132.000 0,03 . .

Garderobenmöbel, Schuhschränke, etc. aus Holz 72.148.000 0,63 640.605 0,90

Schulmöbel (ohne Sitzmöbel) aus Holz 98.165.000 0,86 360.674 0,51

Möbel für Laboratorien aus Holz 138.636.000 1,21 137.880 0,19

Andere Holzmöbel, a.n.g. 249.669.000 2,18 4.616.082 6,50

Summe 11.428.739.000 100 70.995.055 100

Zeichenerklärung (-)= nicht vorhanden; (.)=Zahlenwert unbekannt oder geheim gehalten

Der Wert der Jahresproduktion von Holzmöbeln liegt bei etwa 11,4 Milliarden Euro (in 2012). Die

Produktion von Einbauküchenelementen aus Holz, Ladenmöbeln aus Holz, Teilen für Möbel aus

Holz, Schlafzimmerschränken aus Holz und Polstersesseln mit Gestell aus Holz trägt mit mehr als

60 % zum Gesamtwert der Jahresproduktion bei (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Wertmäßiger Anteil ausgewählter Holzmöbelgüterarten an der Jahresproduktion

von Holzmöbeln

32%

10%

8%6%5%

39%

Einbauküchenelemente aus Holz

Ladenmöbel aus Holz

Teile für Möbel (nicht für Sitzmöbel) aus Holz

Schlafzimmerschränke aus Holz

Polstersessel mit Gestell aus Holz

Sonstige



29

4 Angewendete Prozesse und Verfahren

Kapitel 4 beschreibt die gegenwärtig in den Anlagen der Holzmöbelproduktion angewandten

Produktionsprozesse1. Es werden die aufeinanderfolgenden Schritte einer typischen Fertigungsstätte

aufgeführt (Beschichtung und Trocknung der Holzbauteile, Konfektionierung, Anbringen von

Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen, Montage im Werk und prozessassoziierte Feuerungsanlagen).

Die wichtigsten Stoffströme und Emissionsquellen der jeweiligen Prozesse werden identifiziert und

visualisiert. Des Weiteren werden die zur Vermeidung und Verminderung von Emissionen und

Verbräuchen angewandten Techniken aufgeführt.

Kapitel 4 berücksichtigt insbesondere Techniken zur Senkung des Energiebedarfs. Abgerundet wird

die Betrachtung durch eine kurze Beschreibung von ausgewählten prozessübergreifenden

Techniken, wie beispielsweise die Einführung von Umwelt- und/oder Energiemanagementsystemen.

4.1 Beschichtung und Trocknung der Holzbauteile

Prozessbeschreibung

Nach DIN 8580 versteht man unter Beschichten ein Fertigungsverfahren, in dem ein formloser Stoff

mit bestimmter Schichtdicke auf die Oberfläche eines Werkstückes aufgebracht wird. Im Fall von

Holzbauteilen dient die Beschichtung zunächst dem Schutz des Werkstoffes vor Nässe, Feuchtigkeit,

Sonneneinstrahlung, etc. oder auch vor mechanischer Abnutzung. Weiterhin kann durch eine

Beschichtung auch die Optik des Möbelstücks beeinflusst werden. Beschichtungsstoffe werden in

großer Vielfalt, für verschiedene Zwecke und mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften angeboten.

Als Beschichtungen kommen beispielsweise Lasuren, Öle, lösemittelhaltige oder wasserverdünnbare

Farben und Lacke, Papier, Folien und Furniere zum Einsatz.

Der Bereich Beschichtung und Trocknung gliedert sich wie folgt auf:

▸ Kantenanleimen mit Heißklebern, Leim bzw. erhitzter Luft, Laser, etc.

▸ Beschichten (und Kaschieren) mit Folien, Papier, Laminaten/Furnieren (z.B. mit EVA, UF und

PVAC/UF sowie mit PVAC Klebern)

▸ Auftragsverfahren von z.B. Lacken durch Sprühen, Rollen, Fluten, Tauchen, Streichen,

Pulverbeschichten, Spachteln, Gießen, etc.

▸ Trocknungsverfahren, z.B. bei Lackauftrag die physikalische, chemische oder oxidative

Trocknung, welche eine optimale Verbindung und Aushärtung der Beschichtung garantieren

Dabei kommen diverse Maschinen (Verbraucher) zum Einsatz:

▸ Absauganlagen und Abluftreinigungsanlagen für Staub und andere Emissionen (z.B. VOC)

▸ Motoren, die z.B. Transportbänder oder Kompressoren antreiben

▸ Steuerungselemente, für die Ansteuerung einzelner Aggregate

▸ Lackiergeräte

▸ Heizgeräte zur Trocknung der beschichteten Werkstücke

▸ Transportsysteme

Für detailliertere Informationen zu den aufgeführten Verfahrensschritten sowie zu eingesetzten

Maschinen siehe z.B. [Nutsch 2013], [EC 2007], [Wittchen et al. 2006] und [Tech et al. 2003].

1 In der Praxis kann nicht stringent zwischen einzelnen Produktionsprozessen getrennt werden, da automatisierte

Maschinenkonzepte verfügbar sind, welche mehrere Verfahrensschritte zusammenlegen. Die identifizierten Techniken

zur Vermeidung und Verminderung von Emissionen sind jedoch oft übertragbar.



30

Stoffströme und Emissionsquellen

In der folgenden Abbildung werden die oben genannten Verfahrensschritte der Beschichtung und

Trocknung von Holzbauteilen grafisch dargestellt.

Abbildung 2: Stoffströme und Emissionsquellen (Beschichtung und Trocknung)

Maschinen (Verbraucher)

Beschichtungs- und Hilfsstoffe

(Heiß-)Kleber, Folie, Papier, Laminat, Furnier, Lack, Trenn-und Reinigungsmittel etc.

Beschichtung und Trocknung

Kantenanleimen

Beschichten

Auftragsverfahren

Trocknungsverfahren

Energie

Emissionen•VOC

•Lärm und Geruch

Absauganlage und

AbluftreinigungMotoren SteuerungHeizgeräte Lackiergeräte

Holzwerkstück Holzbauteil

etc.

Abfälle•Reststoffe, etc.

Beispielhaft wird der Stoffstrom für das Auftragen von Lacken erläutert. Lacke sind harzhaltige

Anstrichmittel mit besonderen Eigenschaften (z.B. in Verlauf, Durchhärtung und Widerstand). Sie

bestehen aus Bindemitteln, die in flüchtigen Lösemitteln gelöst sind. Lacke oder auch Lackfarben

werden in einer bestimmten Schichtdicke (z.B. durch Sprühen mit einer Spritzpistole) aufgetragen

und bilden einen festen Film auf dem Holzwerkstück. Die überschüssige Lackmenge bzw.

entstehenden Dämpfe werden dabei oftmals über eine Absauganlage abgeführt. Damit eine

Verfestigung des Lacks nach dem Auftragsverfahren ermöglicht wird, muss der Lack trocknen. Bei

der physikalischen Trocknung beispielsweise bildet sich der Lackfilm durch Verdunsten des

Lösemittels. Um die Trockenzeit zu reduzieren, kann das lackierte Holz unter Wärme- und Luftzufuhr

getrocknet werden. Dies geschieht entweder mittels erhitzter Luft (Konvektion), durch Strahlung oder

auch durch Elektronenstrahl-Trocknung [Nutsch 2013], [Wittchen et al. 2006].

In der Abluft aus dem Beschichtungsverfahren finden sich Lackpartikel und Lösemitteldämpfe bzw.

VOC-Emissionen. Weitere relevante Emissionen können Geruchs- und Lärmemissionen sein.

Zusätzlich können Abfälle entstehen, wie z.B. Kleber- und Lackreste, welche behandelt/entsorgt

werden müssen.

Angewandte Techniken zur Verminderung von Emissionen und Energieverbräuchen

Das folgende Kapitel enthält eine allgemeine Übersicht über angewandte Techniken zur Vermeidung

und Verminderung von Emissionen und Senkung von Energieverbräuchen aus dem Bereich der

Beschichtung und Trocknung von Holzbauteilen. Ausgewählte Techniken zur Vermeidung und

Verminderung von Emissionen werden zudem in Form von Fact-Sheets in Kapitel 5 näher erläutert.

Das von der Europäischen Kommission veröffentlichte BVT-Merkblatt „Beste verfügbare Techniken

für die Oberflächenbehandlung unter Verwendung von organischen Lösemitteln“ enthält

ausführliche Beschreibungen wichtiger Techniken, die bei der Beschichtung und Trocknung von

Holzbauteilen eingesetzt werden. Insbesondere Kapitel 20.7 des Merkblatts enthält Techniken, die

auch bei der Beschichtung von Möbeln anwendbar sind. Da die chemischen Eigenschaften der



31

Beschichtungsstoffe maßgeblich den Energieverbrauch bestimmen (z.B. die Aushärtungsart

bestimmt den Energieverbrauch bei der Trocknung der Lackschicht), werden diese auch durch das

BVT-Merkblatt abgedeckt.

Tabelle 4 stellt eine Zusammenfassung der Einsatzstoffe, spezifischen Techniken und

Abgasbehandlungsanlagen dar, die bei der Beschichtung und Trocknung von Holzmöbeln eingesetzt

werden können, um Emissionen und Verbräuche zu reduzieren. Für weiterführende Informationen

wird in Tabelle 4 auf die entsprechenden Kapitel des BVT- Merkblattes verwiesen.

Tabelle 4: Übersicht über Einsatzstoffe und Techniken (Oberflächenbeschichtung), [EC 2007]

Einsatzstoffe und Techniken Erreichte Umwelteffekte und medienübergreifende

Auswirkungen

Kapitel BVT-

Merkblatt

Ein

satz

sto

ffe

Konventionelle

lösemittelbasierte

Beschichtungsstoffe

Im Vergleich zu wasserbasierten Lacksystemen

weniger Energie zur Trocknung erforderlich

Kürzere Trockenzeit (höhere Produktionskapazität)

Hohe VOC-Emissionen (sekundäre

Emissionsminderungsmaßnahmen erforderlich)

20.7.2.1

Wasserbasierte Lacke (meist

2-Komponenten- Lacke)

Hoher Energieeinsatz bei Trocknung

Niedrige VOC-Emissionen

Recycling der Lacke möglich (z.B. Ultrafiltration)

Geringes Brand- und Explosionsrisiko

Oft extra Schleifen/Polieren erforderlich (höherer

Rohstoffverbrauch und mehr Abfall)

20.7.2.3

Wasserbasierte Lacke mit

verkürzten

Verdunstungszeiten

Vergl. Eigenschaften zu wasserbasierten

Lacksystemen

Energieverbrauch kann geringer sein als bei

konventionellen Lösemittelsystemen

Energieverbrauch ist geringer als bei

wasserverdünnbaren Lacksystemen

20.7.2.4

Pulverlacke Fast frei von Lösemittelemissionen

Hohe Recyclingquote möglich (~95 %)

Geringer Energieverbrauch durch hohen Anteil an

Umluft in der Spritzkabine

Geringe Abfallerzeugung

Evtl. geringe Mengen an VOC-Emissionen beim Härten

20.7.2.6

UV-Strahlungshärt. Lacke Keine VOC-Emissionen 20.7.2.5

Weitere Informationen zu Einsatzstoffen (BVT-Merkblatt) 20.7.

Au

ftra

gsv

erf

ah

ren

Spritzen (elektrostatische

Unterstützung)

Hohe Materialeffizienz, geringere Emissionen,

geringere Abfallmenge und weniger Verschmutzung

als ohne elektrostatische Unterstützung

Schnelleres Lackieren (höhere Produktivität)

Weniger Druckluftverbrauch (geringerer

Energiebedarf)

20.7.3

Lackauftrag

Walzenauftrag/Rollenauftrag

Hohe Materialeffizienz (η=90-100 %)

Materialeinsparungen beim Lack bis zu 40 %

erreichbar

20.7.3.1

Gießen (Vorhangbeschichten) Hohe Materialeffizienz (η=90-98 %) 20.7.3.2



32

Einsatzstoffe und Techniken Erreichte Umwelteffekte und medienübergreifende

Auswirkungen

Kapitel BVT-

Merkblatt

Meist Verwendung von lösemittelfreien Lacken auf

Polyesterbasis

Konventionelles Tauchen Hohe Materialeffizienz (η=80-100 %)

Hohe Produktionskapazität

Im Vergleich zu Spritzauftrag dickere Lackschichten

(höherer Rohstoffverbrauch)

20.7.3.3

Fluten Hohe Materialeffizienz (η=95-99 %)

Im Vergleich zum Tauchauftrag höhere

Verdunstungsverluste von wasserbasierten Lacken

20.7.3.5

Vakuumbeschichten Hohe Materialeffizienz (η=80-100 %) 20.7.3.6

Konv. Hochdruck- und

Niederdruckspritzen

Wirkungsgrad variiert zwischen 5 % und 60 %

(abhängig vom Werkstück)

Hoher Rohstoffverbrauch

20.7.3.8

Weitere Informationen zu Auftragsverfahren (BVT-Merkblatt) 20.7.

Tro

ckn

un

gsv

erf

ah

ren

Konvektionstrocknen Hoher Energiebedarf (lange Trockenzeiten)

Kann mit Umluft mit Infrarotstrahlungshärten

kombiniert werden (Verringerung der Trockenzeit und

des Energieverbrauchs)

20.8.1.1

Mikrowellentrocknung Hoher Energiebedarf

Energieverbrauch 10-30 % höher als bei IR- oder

Heißlufttrocknung

20.8.1.4

Härten mit Infrarot-naher

Strahlung

Sehr kurze Aushärtezeiten (1-5 Sekunden) 20.8.2.1 und

20.8.2.2

Ultraviolett-Strahlung Geringer Energieverbrauch

Wenig oder kein Einsatz von Lösemitteln

20.8.2.3

Elektrostrahl-Härten Geringerer Energieverbrauch als beim

Konvektionstrocknen

20.8.2.4

Kombiniertes Konvektions-

/Strahlungs-Trocknen

Geringer Energieverbrauch im Vergleich zu Trocknern,

die nur Umluft verwenden

20.8.3

Weitere Informationen zu Trocknungsverfahren (siehe BVT-Merkblatt) 20.8.

Ab

ga

sbe

ha

nd

lun

g

Trockenfiltersysteme Hohe Abfallmenge durch benutzte Filter 20.11.3.6

Elektrofilter Anwendung in Spritzkabinen 20.11.3.7

Partikelabscheidung mit

Venturiwäscher

Anwendung in Spritzkabinen mit Nassabscheidung 20.11.3.5

Wäscher Anwendung in Spritzkabinen mit Nassabscheidung 20.11.3.8

Thermische Nachverbrennung Hohe Investitions- und Betriebskosten; (falls die

Verbrennung nicht autotherm verläuft)

Energieverbauch ist höher als bei rekuperativer oder

regenerativer Nachverbrennung

20.11.4.2

Weitere Informationen zur Abgasbehandlung (siehe BVT-Merkblatt) 20.11.



33

Das BVT-Merkblatt fasst zudem in Kapitel 20.5 (Energiemanagement) einige „Schlüsseltechniken“

zur Verminderung des Energieverbrauchs zusammen, z.B. die Wartung und Anpassung von Anlagen,

Minimieren des Druckluftvolumens, Verwenden von effizienten Motoren, etc.

[Tech et al. 2003] gibt ausführliche Hinweise zur Verminderung von Emissionen und anderen

Umweltbelastungen bei der Beschichtung und Trocknung von Holzbauteilen. Die „Tipps zur

Optimierung“ werden in fünf unterschiedlichen Rubriken diskutiert (ähnlich wie im BVT-Merkblatt).

Diese sind im Folgenden zusammengefasst (weitere Informationen [Tech et al. 2003], Kapitel 4.3.7).

Allgemein:

▸ Lösemittel nicht unnötig verwenden und nicht in Raumluft entweichen lassen

▸ Thermische Anlagen nicht unnötig betreiben und Wärmeverluste vermeiden

▸ Bereiche, in denen mit lösemittelhaltigen Stoffen gearbeitet wird, klein halten

▸ Abwärme nutzen und Raumluft aus anderen Bereichen für Lackierräume verwenden

▸ Anlage als Gesamtkonzept (Beschichtungsstoff, Applikation, Trocknung und Abgasreinigung)

betrachten

Lacke:

▸ Overspray möglichst gering halten und Lacke mit wiederverwendbarem Overspray einsetzen

▸ Menge organischer Lösemittel senken/begrenzen

▸ Falls möglich Pulverlacke einsetzen, sonst lösemittelarme Lacke verwenden

▸ Lacke mit dünneren Filmen einsetzen (Lackeinsparung ergibt Lösemitteleinsparung)

▸ Wasserlacke benötigen einen hohen Energiebedarf zum Trocknen (Wasserverdampfung)

Lackierverfahren:

▸ Spritzstrahl so führen, dass nur geringer Overspray entsteht

▸ Spritzen in Richtung Spritzwand/Absaugwand, um Lösemitteleintrag zu vermeiden

▸ Bei automatischen Anlagen möglichst geringen Abstand der einzelnen Werkstücke einstellen

▸ Abluftreinigungsanlagen von Spritzkabinen in Spritzpausen abschalten

▸ Zerstäubungsdruck möglichst gering halten

▸ Oberflächen gut vorbehandeln

▸ Auftragsverfahren mit geringstem Overspray und hohem Auftragswirkungsgrad wählen

▸ Auftragsverfahren mit geringem Lösemitteleinsatz wählen (Heißspritzen, CO2-Zerstäubung)

▸ Anlagen mit Lackrecycling einsetzen

Trocknung und Härtung:

▸ Türen von Umlufttrocknern geschlossen halten (bei Nichtbenutzung Lüftung abschalten)

▸ IR- und UV-Strahler ausrichten, Aufheizung von Anlagenteilen vermeiden

▸ Möglichst keine Raumtrocknung anwenden (oder möglichst kleinen Raum verwenden)

▸ Möglichst keine Umlufttrockner einsetzen, da die gesamte Kammer mit Luftvolumen und

Werkstück aufgeheizt werden muss

Abluft und Abgasreinigung:

▸ Zu den verwendeten Lacken passende Abgasreinigung verwenden (keine thermischen

Verfahren bei Wasserlacken, da zu geringer Anteil an organischen Lösemitteln)

▸ Organische Lösemittel möglichst hoch aufkonzentrieren, Kombination aus Adsorber und

anderen Verfahren



34

Für weitere Informationen siehe [EC 2007] und [Tech et al. 2003].

4.2 Konfektionierung

Prozessbeschreibung

Bevor durch Anbringen von Zusatzbauteilen und der Endmontage ein fertiges Möbelstück entsteht,

müssen die unbearbeiteten Holzbretter oder –platten zu Halbzeugen weiterverarbeitet werden. Dazu

werden die Holzbretter und -platten durch verschiedene Zerspanungstechniken (Bohr-, Säge-,

Frästechniken) formatiert. Die Bearbeitung kann entweder handgeführt, durch mechanisch

gesteuerte Maschinen oder durch vollautomatisierte NC- bzw. CNC-Anlagen erfolgen. Durch die

zerspanenden Verfahren werden z.B. Nuten, Falzen, Winkel, Bogen und Bohrungen im Werkstück

angebracht bzw. generell das Werkstück auf die gewünschten Maße formatiert.

In den Bereich der Konfektionierung der Holzmöbelteile fallen u.a. folgende Verfahrensschritte:

▸ Fräsen (mit mehrschneidigen Werkzeugen in einer kreisförmigen Schnittbewegung, um das

Holzbauteil zu profilieren)

▸ Sägen (Trennen des Werkstücks durch Zerspanen einer Schnittfuge, um die gewünschten

Maße zu erhalten)

▸ Bohren (von z.B. Durchgangs- oder Dübellochbohrungen, diese ermöglichen die spätere

Anbringung von Beschlägen, etc. und die Montage)

▸ Drehen (Drechseln)

▸ Hobeln (glättet und ebnet die Holzoberfläche bzw. begrenzt diese auf ein bestimmtes Maß)

▸ Schleifen (ebnet Holzwerkstoffoberflächen oder raut diese zur Weiterverarbeitung auf)

▸ Stemmen (erlaubt die Aushebung von Löchern mittels eines keilförmig angeschliffenen

Stemmeisens)

▸ Raspeln und Feilen (um spanend bearbeitete Holzbauteile flächig nachzuarbeiten)

▸ etc. (z.B. Hacken, Pressen)

Dabei kommen verschiedene Maschinen (Verbraucher) zum Einsatz:

▸ Absauganlagen und Abluftreinigung (Absaugung von Spänen, Staub und anderen

Emissionen, z.B. VOC.), Abluftbehandlung z.B. durch Zyklone für die Abscheidung von

Spänen und nachgeschaltete Gewebefilter für die Abscheidung feiner Staubteilchen (nach

konkretem Anwendungsfall abzustimmen, z.B. in Abhängigkeit von der Art und Menge der

abzusaugenden Späne und Stäube)

▸ Motoren (die z.B. Sägen, Fräsmaschinen, Transportbänder oder Kompressoren antreiben)

▸ Steuerungselemente (die eine Ansteuerung der einzelnen Geräte während der

Verfahrensschritte und bei der nachträglichen Reinigung ermöglichen)

▸ Zerspanungstechnische Maschinen (z.B. Kreissägen, Tischfräsmaschinen, Bohrmaschinen)

▸ etc.

Für detailliertere Informationen zu den aufgeführten Verfahrensschritten und einzelnen Maschinen

(Verbrauchern) siehe z.B. [Nutsch 2013] [Wittchen et al. 2006] und [Tech et al. 2003].


Abbildung 3 stellt die wichtigsten Stoffströme und Emissionsquellen der Konfektionierung von

Holzmöbelteilen grafisch dar.



35

Abbildung 3: Stoffströme und Emissionsquellen (Konfektionierung)


Betriebs- und Hilfsstoffe

• Betriebsstoffe der Zerspanungstechnik (z.B. Schmierstoffe, sich verbrauchende Werkzeuge)

Konfektionierung

Fräsen

Sägen

Bohren

Energie

Absauganlage und

AbluftreinigungMotoren Steuerung

Zerspanungs-technische Maschinen

weitere Bearbeitungsverfahren

Holzwerkstück

Emissionen•Staub

•Lärm

Holzbauteil

Abfälle/Reststoffe•Materialverschnitt

•Späne

Der Stoffstrom wird beispielhaft am Fräsen einer Nut in ein Holzbrett erläutert. Hierzu wird in der

Regel eine Tischfräsmaschine mit einer oder zwei Spindeln verwendet, die indirekt über Keilriemen

durch einen Drehstrommotor angetrieben wird. Die Maschine benötigt regelmäßig Hydrauliköl u.a.

an den Gelenkteilen und Gleitstellen, sowie Langzeitfett im Frässpindellager. Nachdem das

Holzwerkstück in die Maschine eingespannt wurde, kann der Nutfräser (z.B. mit spiralförmiger

Schneideanordnung und drei Schneiden) die gewünschte Nut fräsen. Dies geschieht durch

spanenden Materialabtrag. Die entstehenden Späne werden meist von einer Absauganlage

abgezogen und in ein Silo eingelagert. Je nach Anwendung entstehen, neben den Spänen, weitere

Reststoffe wie z.B. Staub oder Materialverschnitt. Für weitere Informationen siehe z.B. [Wittchen et

al. 2006] und [Nutsch 2013].

Die relevanten Emissionen im Bereich der Konfektionierung sind hauptsächlich Staub- und

Lärmemissionen. Neben der Zerspanungstechnik sind auch die installierten Absauganlagen ein

relevanter Verbraucher. Die pneumatischen Anlagen sind äußerst energieintensiv und weisen somit

indirekt hohe CO2-Emissionen auf. Absauganlagen benötigen u.U. mehr Energie als die

abzusaugenden Holzbearbeitungsmaschinen. Im Folgenden wird der Fokus daher auf die

Holzbearbeitungsmaschinen und Absaugsysteme gelegt. Materialverschnitt und Späne sind Abfall

oder Reststoff, der im Betrieb oder durch einen anderen Betrieb verwendet werden kann.

Angewandte Techniken zur Verminderung von Energieverbräuchen

[Tech et al. 2003] enthält einige Hinweise zur Vermeidung und Verminderung von Emissionen und

Senkung des Energieverbrauchs für die Bereiche Bearbeitungsmaschinen und Absauganlagen. Die

„Tipps zur Optimierung“ werden in nicht investive Maßnahmen, investive Maßnahmen und

Maßnahmen bei Anlagenersatz aufgegliedert und diskutiert. Zur Energieeinsparung sind im

Folgenden die wichtigsten Ansatzpunkte zusammengefasst (weitere Informationen siehe [Tech et al.

2003], insb. Kapitel 4.1 und Kapitel 4.4).

Ansatzpunkte zur Energieeinsparung bei Holzbearbeitungsmaschinen [Tech et al. 2003]:

Nicht investive Maßnahmen:

▸ Energieeffiziente Arbeitsstrategie entwickeln

▸ Maschinen regelmäßig warten und Werkzeuge in einwandfreiem Zustand halten



36

▸ Teillastbetrieb der Maschine vermeiden und Maschinen so schnell wie möglich abschalten

▸ Werkstücke möglichst stoßweise durch die Maschine führen

Investive Maßnahmen:

▸ Falls möglich Motoren mit geringerer Leistungsaufnahme einsetzen und grundsätzlich den

Einsatz von Energiesparmotoren überprüfen

▸ Bei elektrischen Antrieben die Nachrüstung von Drehzahlregelung überprüfen

▸ Bei Produktionsanlagen mit verketteten Maschinen die Nachrüstung mit Sensoren und

Abschaltungen von Anlagenteilen ohne Werkstücke überprüfen

Maßnahmen bei Anlagenersatz:

▸ Bei Neuanschaffung von Maschinen Energiekennwerte anfordern und berücksichtigen

▸ Bei Neuanschaffung von Maschinen keine zu hohe Nennleistung auswählen

Ansatzpunkte zur Energieeinsparung bei Absauganlagen [Tech et al. 2003]:

Nicht investive Maßnahmen:

▸ Nicht benötigte Holzbearbeitungsmaschinen und zugehörige Absauganlagen abschalten

▸ Schieber zu nicht betriebenen Maschinen schließen

Investive Maßnahmen:

▸ Absaug- auf 20-28 m/s und Transportgeschwindigkeiten auf 16-20 m/s einstellen

▸ Ventilatoren möglichst mit Drehzahlregelung (Frequenzregelung) ausstatten

▸ Möglichst Einsatz von Hochleistungsventilatoren; η>0,8; im Reinluftbereich ausschl.

Hochleistungsventilatoren; η>0,85

▸ Rückführung der abgesaugten Luft

Maßnahmen bei Anlagenersatz:

▸ Bei geringen Spänemengen und kurzen Transportwegen Verwendung geschlossener

mechanischer Fördersysteme (z.B. Spiral- oder Kratzförderer, Vibrorinnen oder Förderbänder)

▸ Rohrleitungen zwischen Absaugstelle und Filter möglichst kurz halten und mit wenigen

Krümmern ausführen und Filter möglichst in der Nähe der Absaugstelle(n) anordnen

▸ Kleine Filterflächenbelastungen führen zu großen Filtern und hohen Investitionen (im

Gegensatz ermöglichen sie aber geringe Betriebskosten durch einen geringen Druckabfall,

eine hohe Standzeit und einen guten Abscheidegrad)

▸ Optimal wird die Filteranlage direkt über dem Spänesilo angeordnet

▸ etc.

Weitere Techniken zur Vermeidung und Verminderung von (CO2-) Emissionen und anderen

Umweltbelastungen für die Bereiche Bearbeitungsmaschinen und Absauganlagen sind

beispielsweise in [BMU 2009] als auch in Publikationen und auf Homepages relevanter

Anlagenhersteller (z.B. HOMAG Group, SPÄNEX, Scheuch) zu finden. Ausgewählte Techniken

werden zudem in Form von Fact-Sheets in Kapitel 5 näher beschrieben.

Neben den aufgelisteten Vorschlägen ergeben sich weitere Potenziale zur Einsparung von Energie

und Vermeidung/Verminderung sonstiger Umweltauswirkungen aus der stofflichen und/oder

energetischen Verwertung des anfallenden Restholzes (z.B. Holzstaub, Späne). Insbesondere

Holzspäne von unbehandelten Hölzern können beispielsweise als Input für die Produktion von



37

Spanplatten, Briketts oder Pellets verwendet werden. Falls eine stoffliche Verwertung technisch nicht

möglich und/oder wirtschaftlich nicht vertretbar ist, sollten die anfallenden Resthölzer energetisch

verwertet werden. Für weiterführende Informationen zur energetischen Nutzung anfallender

Holzreste siehe Kapitel 4.5.

4.3 Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen und Montage im Werk

Prozessbeschreibung

Die konfektionierten und beschichteten Holzbauteile werden in einem weiteren Produktionsprozess

mit Beschlägen versehen. Des Weiteren können zusätzliche Holz und/oder Nicht-Holzbauteile

angebracht werden. Der Übergang zur Montage wird als fließend betrachtet. Beispiele für

angebrachte Beschläge sind Scharniere, Griffe, Auszugsführungen, Fachbodenträger,

Verbindungselemente, Rollen, Räder oder Schlösser. Zusätzlich angebrachte Nicht-Holzbauteile

können beispielsweise Funktions- oder Designelemente u.a. aus Kunststoff, Metall, Textilien oder

Stein sein. Dabei variiert je nach Produkt und Hersteller, welche Beschläge bereits im Werk

angebracht werden und welche vom Endkunden selbst montiert werden.

Das Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen und die Montage im Werk beinhalten

typischerweise Folgendes:

▸ Zusammensetzen von Bauteilen durch Verbindungselemente (z.B. Schrauben, Drahtstifte,

Nieten, Winkel, Dübel und/oder Federn)

▸ Verbindungen (mit Klebe- oder Leimtechniken)

▸ Ungeleimte Verbindungen (z.B. durch An- und Einpressen, durch Formschluss der Bauteile)

▸ etc.

Um die genannten Schritte realisieren zu können sind diverse Maschinen (Verbraucher) im Einsatz:

▸ elektrisch/pneumatisch betriebene Werkzeuge

▸ Kleber- oder Leimauftragsgeräte

▸ Pressen

▸ Heizgeräte

▸ Motoren

▸ Kompressoren

▸ etc.


Abbildung 4 stellt die wichtigsten Stoffströme und Emissionsquellen, die beim Anbringen von

Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen und bei der Montage im Werk benötigt werden/entstehen,

grafisch dar.



38

Abbildung 4: Stoffströme und Emissionsquellen (Anbringen von Beschlägen)


Betriebs- und Hilfsstoffe

• (Heiß-)Kleber• Leim• Verbindungselemente• Betriebsstoffe der Werkzeuge

Anbringen von Beschlägen

Verbindungselemente

Klebe- & Leimtechnik

Ungeleimte Verbindungen

Energie

WerkzeugeMotoren

SteuerungHeizgeräte

Kleber- & Leimauftragsgeräte

Pressen Verdichter

Holzwerkstück

etc.

Emissionen•VOC

•Lärm und Geruch

Holzbauteil

Abfälle•Reststoffe, etc.

Das Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen an konfektionierten und beschichteten

Halbzeugen geschieht, je nach Unternehmensart und –größe, entweder während der Montage per

Hand (z.B. mit Bohrschraubern, Nietpistolen, etc.) oder vollautomatisiert in maschinellen Anlagen.

In bestimmten Anwendungen werden Beschläge mit dem Holzwerkstück verleimt/verklebt.

Unabhängig von der Klebstoffart, muss der Klebstoff eine gewisse Zeit abbinden und aushärten, um

die gewünschte Fugenfestigkeit zu erreichen. Die Abbinde- bzw. Härtetemperatur liegt zwischen 5 -

30°C bei der Kaltverklebung und zwischen 30 - >200°C für Heißverklebungen. Damit müssen bei

Heißklebeverfahren zusätzliche energieverbrauchende Heizgeräte eingesetzt werden. Je nach

Bindungstyp des Klebstoffes verflüchtigen sich Lösemittel während der Abbinde- und Härtezeit

[Nutsch 2013]. Das bedeutetet, dass, auch wenn Beschläge nicht durch Verbindungselemente,

sondern durch Klebstoffe mit dem Holzwerkstück verbunden werden, pneumatisch oder elektrisch

betriebene Werkzeuge im Einsatz sind, wie z.B. Klebepistolen oder Pressen.

Wird Klebstoff zum Fügen der Holzbauteile eingesetzt, sind VOC-Emissionen, die während der

Trocknung aus den Klebstoffen verdunsten, relevant. Diese sollten erfasst und anschließend

behandelt werden. Hierzu stehen verschiede Behandlungstechniken zur Verfügung (z.B. Adsorption

am Filter, thermische oder katalytische Verbrennung, regenerative Verbrennung, Biofiltration). Bei

der thermischen Nachverbrennung können Emissionswerte von unter 20 mg VOC/m3 eingehalten

werden [EC 2007]. Gerüche und Lärm sind weitere Emissionen, die auftreten können. Zusätzlich

können Abfälle entstehen, wie z.B. Kleber- und Leimreste, welche behandelt/entsorgt werden

müssen.

Angewandte Techniken zur Verminderung von Energieverbräuchen

Bezüglich der Verminderung des Energieverbrauchs sollen hier zunächst die Potenziale der

pneumatisch betriebenen Werkzeuge (und -maschinen) im Fokus stehen (Optimierung der

Druckluftversorgung), da Einsparmöglichkeiten von elektrisch betriebenen

Holzbearbeitungsmaschinen bereits in Kapitel 4.2 betrachtet wurden.

Der Bereich Druckluftversorgung ist durch umfangreiche Literaturquellen und zahlreiche Ratgeber

abgedeckt, wie z.B. den Ratgeber „Lufttechnik für Industrie und Gewerbe“ der Deutschen Energie-

Agentur [DENA 2010a] und das BVT-Merkblatt „Energieeffizienz“ [EC 2008]. [Tech et al. 2003]

beispielsweise enthält eine Zusammenfassung wichtiger Hinweise zur Optimierung der



39

Druckluftversorgung im holzbe- und verarbeitenden Gewerbe. Zu den relativ leicht umzusetzenden,

nicht investiven Maßnahmen zur Verbesserung der Druckluftversorgung zählen u.a. folgende:

▸ Durch regelmäßige Wartung und Funktionsüberprüfung kann der frühzeitige Austausch oder

Reparaturen von Druckluftapparaten vermieden werden (Energieeinsparung und höhere

Verfügbarkeit von Apparaten)

▸ Regelmäßige Überprüfung und ggfs. Austausch von Filtern

▸ Undichte Verbindungselemente (Schieber, Ventile, Schläuche und Kupplungen) nachziehen,

abdichten oder ersetzen und undichte Rohrleitungen verschweißen oder ersetzen

▸ Anpassung des Netzdrucks auf die betrieblichen Anforderungen (Reduzierung des Drucks um

1 bar hat Energieeinsparungen von ca. 6 % zur Folge)

▸ Bei Mehrkompressoranlagen ist es effizienter, einen Kompressor mit voller Leistung laufen zu

lassen, als zwei (mehrere) mit reduzierter Leistung

▸ Druckluftanlagen sollen nur dann betrieben werden, wenn auch Verbraucher im Einsatz sind

▸ Nur die Teile des Netzes betreiben, welche tatsächlich benötigt werden (andere Netzbereiche

durch Schieber abtrennen)

Für weitere Informationen zur Optimierung der Druckluftversorgung siehe [Tech et al. 2003], [DENA

2010a] und [EC 2008].

Ein weiteres Energiesparpotenzial beim Anbringen von Beschlägen und Nicht-Holzbauteilen liegt im

Bereich der Klebetechnik. Bereits im Verfahrensschritt des Furnierens bzw. Kaschierens, sowie des

Kantenanleimens spielt die Klebetechnik ebenfalls eine wichtige Rolle, um Ressourcenverbrauch und

Emissionen in die Umwelt zu minimieren.

4.4 Prozessassoziierte Feuerungsanlagen

Prozessbeschreibung

Während in Betrieben ohne eigene Feuerung das im Betrieb anfallende Restholz meist über ein

Recyclingunternehmen entsorgt wird, können Betriebe mit eigener Holzfeuerung die Resthölzer

nutzen, z.B. zur Beheizung des eigenen Betriebes (z.B. Büroräume, Werkhallen).

Im Bereich der Feuerungsanlagen stehen eine Reihe von Anlagentypen zur Verfügung, beginnend bei

handbeschickten Systemen wie z.B. einem Füllschachtkessel bis hin zu automatisierten

Feuerungsanlagen mit Vorschubrost-, Flachschubrost-, Stufenrost-, Einblas-, Wirbelschichtfeuerung,

etc. Der Leistungsbereich dieser Systeme kann stark variieren, z.B. bei Vorschubrostfeuerung von ca.

150kW – 15MW oder Wirbelschichtfeuerung von ca. 5 -15MW.

Es liegen keine Informationen vor, inwieweit und in welchen Leistungsbereichen solche Systeme

typischerweise in Betrieben der Holzmöbelproduktion angewandt werden.

Es gibt eine Vielzahl von Abluftreinigungssystemen, die an Feuerungsanlagen gekoppelt werden

können bzw. müssen, um beispielsweise die gesetzlichen Auflagen des Bundes-

Immissionsschutzgesetzes und der Technischen Anleitung zur Reinhaltung der Luft einhalten zu

können. Beispiele hierfür sind Gewebe- oder Keramikfilter, Zyklone oder elektrostatische Abscheider.

Auch existieren bereits kombinierte Systeme aus Filter und Wäscher, um z. B. Staubgrenzwerte der

ersten Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (1. BImSchV) bei Holz-

Kleinfeuerungsanlagen einzuhalten [Stahl et al. 2009].

[Tech et al. 2003] enthält detaillierte Informationen zu verschiedenen Holzfeuerungsanlagen und

angewandten Feuerungsarten (siehe [Tech et al. 2003], Kapitel 4.6).



40


Abbildung 5 stellt die wichtigsten Stoffströme und Emissionsquellen, die beim Betrieb von

Feuerungsanlagen benötigt werden/entstehen, grafisch dar.

Abbildung 5: Stoffströme und Emissionsquellen (Prozessassoziierte Feuerungsanlagen)


Material (Brennstoff)

• Materialverschnitt• Späne• Holzstaub• evtl. zusätzliche Brennstoffe (z.B. Öl, Gas)

Feuerungsanlage

Handbeschickte und automatische Feuerung

(mechanisch,

pneumatisch)

Fliehkraftabscheider Wäscher SteuerungGewebefilter

Strom/Wärmeenergie

Emissionen•CO2

•CO, NOx, SOx•Staub •Feinstaub•Ges. -C

Transportsystem Beschickung

Abfälle•Asche, etc.

Der Stoffstrom einer Feuerungsanlage kann folgendermaßen aussehen: Holzspäne, die als Reststoffe

innerhalb der Produktion eines Holzmöbelstücks entstehen, werden zunächst in Silos

zwischengelagert und dienen als Brennstoff. Zusätzlich werden Holzhackschnitzel separat gelagert

und dienen als zusätzlicher Brennstoff für die Feuerungsanlage, falls die im Produktionsprozess

anfallenden Resthölzer für den Wärmebedarf nicht ausreichen. Über eine Ringleitung wird die

Feuerungsanlage pneumatisch oder über eine Kratzkette mit Holzspänen oder ggfs. Hackschnitzeln

beschickt. Im Fall einer pneumatischen Förderung geschieht die Einblasung in einem geschlossenen

System über Zyklon und Zellenradschleuse. Innerhalb der Feuerungsanlage werden die im

Produktionsprozess anfallenden Resthölzer verbrannt und die entstehende Wärmeenergie

üblicherweise über Wärmetauscher abgeführt [vgl. Otto Bock]. Eine Gewinnung von elektrischer

Energie, z.B. durch eine Kraft-Wärme Kopplung, kann auf betrieblicher Ebene entweder für hohe

Restholzmengen oder durch Subventionen (z.B. Förderung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz)

wirtschaftlich möglich sein. In der Regel werden Holzabfälle, die nicht stofflich verwertet werden,

einer energetischen Verwertung durch Verbrennung zugeführt [Tech et al. 2003]. Bei der Verwertung

und Beseitigung von Holzabfällen sind die Anforderungen der Altholverordnung (AltholzV) zu

beachten (z.B. Holzabfälle mit PVC-Kanten oder Beschichtungen dürfen nur in dafür geeigneten

Anlagen thermisch verwertet werden).

Die Emissionen des Holzfeuerungsprozesses sind CO2-Emissionen und sonstige gasförmige

Schadstoffe (z.B. CO, NOx, SOx), die während des Verbrennungsprozesses entstehen. Mit den

gasförmigen Emissionen wird jedoch ebenfalls eine große Menge an Staub/Feinstaub in die Umwelt

emittiert. Asche bleibt als Verbrennungsrückstand in der Feuerungsanlage zurück [Tech et al. 2003],

[BaWü 2014].

Angewandte Techniken zur Verminderung von Emissionen und Energieverbräuchen

Die Einführung einer betriebsinternen Holzfeuerung stellt eine Technik zur Verminderung von CO2-

Emissionen dar, da die energetische Nutzung von Holz als CO2 neutral angesehen wird. Die



41

gewonnene Wärmeenergie kann z.B. für Trocknungsprozesse und/oder die Beheizung von

Werkstätten genutzt werden. Betriebe mit eigener Feuerung können etwa ein Drittel der gesamten

Entsorgungskosten durch die Substitution von Heizöl/Gas und den Wegfall der Transportkosten

sowie der Entsorgungsgebühren des Holzabfalls einsparen. Weitere Kosteneinsparungen können

durch die Einspeisung von Energie in einen Wärmeverbund erzielt werden [Kürsteiner 2012].

Es gibt eine Reihe von Abluftreinigungssystemen, die an Holzfeuerungsanlagen gekoppelt werden

können bzw. müssen. Beispiele sind Gewebe- oder Keramikfilter, Zyklone oder elektrostatische

Abscheider. Holzfeuerungsanlagen verfügen üblicherweise über eine Rauchgasentstaubung zur

Erfassung von Stäuben. Die Mehrzahl der Anlagen verwendet nachgeschaltete Fliehkraftabscheider

(z.B. Zyklone, Multizyklone), [BaWü 2014], [Nolting 2014].

1. BImSchV formuliert die gesetzlichen Anforderungen an den Betrieb und die Überwachung von

kleinen und mittleren Feuerungsanlagen. Gestrichenes, lackiertes oder beschichtetes Holz,

Sperrholz, Spanplatten, Faserplatten oder sonstiges verleimtes Holz dürfen ausschließlich in

Feuerungsanlagen mit einer Nennwärmeleistung von mindestens 30 kW verwertet werden. Anlagen,

die ab 2015 in Betrieb genommen werden, müssen unabhängig von der Brennstoffgruppe einen

Staubgrenzwert von 0,02 g/m3 und einen Kohlenmonoxidgrenzwert von 0,4 g/m3 einhalten. Für

Altanlagen existieren Übergangsregelungen für den Zeitpunkt der Einhaltung dieser Grenzwerte

[BaWü 2014].

Ist eine betriebseigene energetische Nutzung der im Produktionsprozess anfallenden Resthölzer

realisiert, gibt es zusätzliche Potenziale zur Steigerung der Energieeffizienz. Die Heizkessel

beispielsweise sind häufig überdimensioniert und laufen mit entsprechend niedrigem Wirkungsgrad.

Neben den thermischen Verlusten über die Gebäudehülle geht auch Wärme über die Absaugung

verloren. Abhilfe kann hier eine Wärmerückgewinnung schaffen. Bei holzverarbeitenden

Unternehmen, die zusätzlich Holztrocknungssysteme betreiben, kann durch die wärmetechnische

Optimierung der Trockenkammern (Isolierung, Wärmepumpen im Abluftstrom) oft das größte

Energieeinsparungspotenzial ausgeschöpft werden [WKO 2014].

4.5 Prozessübergreifende Maßnahmen zur Minderung von Emissionen und

Energieverbräuchen

Im Folgenden werden ausgewählte prozessübergreifende Maßnahmen (Querschnittstechnologien)

zur Minderung von Emissionen und Energieverbräuchen kurz beschrieben. So ist im Rahmen aller

Verfahren ein Transport der Holzwerkstücke, des zu verarbeitenden Materials (z.B. Leim,

Kantenmaterial, Hilfsstoffe, etc.) und eventueller Anbauteile erforderlich. Der erste Schritt zur

Optimierung kann die Einführung eines Logistikkonzepts sein, welches die benötigten

Transportwege entlang der Produktion minimiert. Ebenfalls sollten energieeffiziente Fließbänder und

Transportfahrzeuge eingesetzt werden. Durch Reduzierung von bewegten Massen, einem

intelligenten Stand-By-Betrieb, der Vernetzung von Lager, Säge und Restelager und der allgemeinen

Reduzierung von Lagerbewegungen kann ein hoher Anteil der benötigten Energie eingespart werden.

Ebenfalls prozessübergreifend sind die Energieeinsparpotenziale aus der Beleuchtungstechnik

eines holzbearbeitenden Unternehmens. Hier bieten z.B. tageszeiten- und anwesenheitsgesteuerte

Systeme ein hohes Potenzial, da der Energieeinsatz bedarfsabhängig gesteuert wird und sich

individuell auf die Lichtverhältnisse anpasst. Weiterhin setzen sich LED-Lampen als effizientere

Technik im Vergleich zu Glühlampen in der Holzindustrie durch [BM 2014].

Weitere typische Maßnahmen für die Optimierung der Beleuchtungstechnik sind [NRW Energie]:

▸ Anwendung von Dreibanden-Leuchtstofflampen



42

▸ Einsatz elektronischer Vorschaltgeräte

▸ Nachrüstung von Leuchten mit Reflektoren (z.B. Spiegelrasterleuchten)

▸ Einsatz von Hochdrucklampen in hohen Räumen

▸ Verwendung heller Raumfarben

▸ Zonierung der Lampen

▸ etc.

Detaillierte Informationen zur Optimierung der Beleuchtung sind in [Tech et al. 2003], insb. Kapitel

4.5.5 enthalten. Zudem sind in [Tech et al. 2003] einige relevante Praxisbeispiele aufgeführt (siehe

insbesondere Kapitel 4.7.1.4, Praxisbeispiel: Optimierung der Beleuchtung in einem Möbelwerk).

Übergreifend für alle eingesetzten Verfahren und Maschinen gilt, dass eine regelmäßige Wartung

und Instandhaltung eines der wichtigsten Instrumente für die Minderung von Emissionen ist,

welches gleichzeitig relativ unkompliziert und kosteneffizient umgesetzt werden kann.

Mithilfe geeigneter Analyse- und Monitoringverfahren können Material-, Energie- und

Emissionsminderungspotenziale aufgedeckt und anschließend ausgeschöpft werden. Allerdings fehlt

einigen Unternehmen oftmals der Überblick über die einzelnen Ressourcenverbräuche (Material und

Energie), da sie keine Prozessdaten erheben und analysieren. Beispielsweise ist der Energieverbrauch

nur für den gesamten Betrieb erfasst oder noch auf Ebene der Maschinen. Jedoch scheint ein

spezifischer Energieverbrauch pro Verfahrensschritt nicht erfasst zu werden. Mittels eines

Monitorings bzw. einer Analyse der einzelnen Produktionsschritte können Material- und

Energieverbräuche sowie Stördaten analysiert und einzelne Ressourceneffizienzpotentiale aufgezeigt

werden. Zur Durchführung der Analyse bieten sich z.B. die Einführung von Kennzahlensystemen, die

Modellierung von Stoffströmen (z.B. Sankey-Diagramme) oder das Aufstellen von Energie-, Material-

bzw. Ökobilanzen als Werkzeuge zur Energieeinsparung an. Für energieintensive Industrien bietet

der Markt bereits eine Auswahl an Softwaretools, welche ein betriebsweites Energiemanagement

erlaubt. Da bei der Analyse des Produktionsprozesses meist Ressourcen und damit (Energie-)Kosten

eingespart werden, amortisieren sich die Investitionskosten meist schnell.

Weiterhin können durch die Einführung von Managementsystemen Ressourceneinsparpotenziale

im ganzen Betrieb identifiziert und ausgeschöpft werden. Relevante Managementsysteme zur

Steigerung der Ressourceneffizienz sind beispielsweise ISO 14009, ISO 14040ff – Ökobilanz bzw.

allgemein ISO 14001 – Umweltmanagement oder ISO 50001 – Energiemanagement. Die

Managementsysteme stärken darüber hinaus auch die Verantwortung der Beschäftigten und

Mitbestimmungsakteure, Effizienzpotenziale zu erschließen [BMU 2012].

Weitere prozessübergreifende Maßnahmen zur Minderung von Emissionen sind z.B. in [BaWü 2014]

und [Tech et al. 2003] näher beschrieben.



43

5 Techniken zur Senkung des Energieverbrauchs (Fact-Sheets)

Ausgewählte Techniken zur Senkung des Energieverbrauchs werden in Fact-Sheets beschrieben.

Soweit möglich, decken die Fact-Sheets folgende Punkte ab:

Technische Beschreibung

Dieser Abschnitt enthält eine ausführliche, aber dennoch übersichtliche und verständliche

technische Beschreibung der angewandten Technik.

Energieeinsparungs- und Umweltentlastungspotenziale sowie medienübergreifende

Auswirkungen

In diesem Abschnitt werden Energieeinsparpotenziale dargestellt und quantifiziert, insbesondere

durch die Angabe von CO2-Emissionswerten und Reduktionspotenzialen durch den Einsatz der

Techniken (z.B. in %).

Des Weiteren werden zusätzliche Emissionen wie z.B. VOC, Staub und weitere

Umweltentlastungspotenziale betrachtet (z.B. Einsparung von Ressourcen). Um einen Vergleich

zwischen verschiedenen Techniken zu ermöglichen und um die Auswirkungen auf die Umwelt

insgesamt beurteilen zu können, werden zudem weitere positive und negative Umweltauswirkungen,

welche sich durch die Anwendung der Technik ergeben, zusammengefasst. Neben

Umweltauswirkungen werden auch weitere Aspekte betrachtet, wie z.B. der Arbeits- und

Gesundheitsschutz.

Für die Anwendbarkeit relevante technische Aspekte

Falls die Technik im gesamten Sektor angewandt werden kann, so wird dies hier angegeben.

Andernfalls werden die wichtigsten grundlegenden technischen Einschränkungen für die sektorweite

Anwendung der Technik aufgeführt (z.B. Menge, Art oder Qualität des hergestellten Produkts;

bauliche Einschränkungen). Des Weiteren wird bewertet, ob eine Nachrüstung der Technik in

bestehende Anlagen möglich ist.

Wirtschaftliche Auswirkungen

Dieser Abschnitt enthält Angaben zu den Kosten der Techniken (Kapital-/Investitionskosten,

Betriebs- und Instandhaltungskosten einschl. Angaben dazu, wie diese Kosten ermittelt/geschätzt

wurden) und möglichen Einsparungen aufgrund ihrer Anwendung (z.B. Senkung der Energiekosten,

Abfallgebühren, kürzere Amortisationszeit im Vergleich zu anderen Techniken) sowie zu Erträgen

oder anderen Vorteilen.

Referenzen

Verweis auf Fachliteratur oder sonstige Referenzunterlagen mit ausführlicheren Informationen über

die Technik.



44

5.1 Kantenanleimen mit Laser und Atmosphärendruckplasma

TECHNISCHE BESCHREIBUNG

Um einen Vergleich mit konventionellen, leimgebundenen Verfahren und Kantenanleimen mit heißer

Luft zu ermöglichen, werden diese Techniken ebenfalls kurz beschrieben.

Kantenanleimen mit konventionellen, leimgebundenen Verfahren

In einem Granulatbecken werden Grobpartikel des Klebstoffs erwärmt, bis die flüssige Konsistenz

erreicht ist. Verbreitete Klebstoffe sind PU (Polyurethan)- und EVA (Ethylenvinylacetat)-Kleber. Das

zu beschichtende Werkstück wird über Rollen eingezogen und durchläuft die

Kantenanleimmaschine. Gleichzeitig kommt separat die Kante hinzu. Der Kleber wird mithilfe von

Rollen auf das Werkstück aufgetragen. Anschließend wird die Kante durch Anpresswalzen mit

Nachdruckrollen auf das Werkstück gepresst und falls erforderlich weiter bearbeitet (z.B.

Radiusanpassung).

Kantenanleimen mit heißer Luft

Die aufgerollte Kante wird mittels eines Zuführlineals mit Gleitrollen in die Kantenleimmaschine

geführt. Von dort aus wird sie dann automatisch eingezogen. Die Kanten sind mit einer

Funktionsschicht aus Polymeren ausgestattet. Im Prozess wird die Kante temporär durch

zuströmende heiße und komprimierte Luft erhitzt, um die Funktionsschicht zu aktivieren.

Anschließend wird die Kante durch Anpresswalzen mit Nachdruckrollen auf das Werkstück gepresst

und weiter bearbeitet (z.B. Eckenabrundung), [HOMAG 2013].

Kantenanleimen mit Laser

Die Funktionsweise ist ähnlich wie beim Kantenanleimen mit heißer Luft. Der Hauptunterschied ist,

dass die Funktionsschicht durch den Einsatz eines Lasers aktiviert wird. Eine spezielle

Klebstoffschicht wird auf dem Kantenband geschmolzen und direkt auf das Werkstück gepresst. Ein

oszillierender Spiegel lenkt den Laserstrahl auf die erforderliche Höhe, je nach Werkstückdicke des

Kantenbandes. Dies vereinfacht den Bearbeitungsprozess im Vergleich zu konventionellen,

leimgebundenen Systemen. Es entsteht ein optisch fugenloses Ergebnis, die sogenannte Nullfuge

[HOMAG 2013].

Kantenanleimen mittels Atmosphärendruckplasma

Die Kanten werden durch eine Atmosphärendruck-Plasmaaktivierung angebracht. Dazu werden

diese mit einer speziellen plasmaaktivierbaren Polyurethan-Schicht versehen. In einer

Spezialmaschine wird dann mit Hilfe des Plasmas das Polyurethansystem aktiviert und die Kante mit

dem Werkstück fest und weitgehend fugenlos verbunden. Der Polymer- oder Klebstofffilm wird

dabei, wie beim Kantenanleimen mit Lasern, exakt auf die benötigte Temperatur erwärmt [Niemann

2013].

ENERGIEEINSPARUNGS- UND UMWELTENTLASTUNGSPOTENZIALE SOWIE

MEDIENÜBERGREIFENDE AUSWIRKUNGEN

Kantenanleimen mit konventionellen, leimgebundenen Verfahren

▸ Relativ hoher Energiebedarf zum Aufheizen des Klebstoffs im Granulatbecken

▸ Üblicher Energiebedarf: 17 kWh [DDS 2010]

▸ Einsatz von Klebstoffen und Hilfsstoffen wie Trenn- und Reinigungsmitteln

▸ Mögliche Verschmutzungs- und Reinigungsprobleme durch Schmelzkleberauftrag



45

Kantenanleimen mit heißer Luft

▸ Das Erhitzen von Luft erfordert einen relativ hohen Bedarf an Energie

▸ Keine Verwendung von Kleb- und Hilfsstoffen

▸ Optimierte Endprodukte (Ressourceneinsparung, da weniger Produkte aussortiert werden)

▸ Weniger Ausschuss durch verbesserte Produktqualität (Rohstoffeinsparung)


1) Im Vergleich zu konv. Schmelzklebertechnik auf Durchlaufmaschinen [HOMAG 2013]:

▸ Energieersparnis: bis zu 36.911 kWh/a (mehr als 40 %)

▸ Verringerung des CO2-Ausstoßes: bis zu 26 t/a

[Berechnungsgrundlage: Betrieb der Maschine 50 Wochen/a, 40 h im Einschichtbetrieb]

2) Im Vergleich zu konv. Schmelzklebertechnik auf CNC Bearbeitungszentren [HOMAG 2013]:

▸ Energieersparnis: bis zu 2.250 kWh/a (mehr als 20 %)

▸ Verringerung des CO₂-Ausstoßes: bis zu 1,6 t/a

[Berechnungsgrundlage: Betrieb der Maschine 50 Wochen/a, 40 h im Einschichtbetrieb]

Weitere Umweltentlastungspotenziale [HOMAG 2013], [REHAU 2014]:

▸ Energiebedarf ausschließlich im Moment des Kantenklebens auf das Werkstück

▸ Kein Einsatz von Klebern und Hilfsstoffen wie Trenn- und Reinigungsmitteln (zudem

entfallen auch Lagerung/Logistik von Betriebsmitteln und die Abstimmung von

Kantenwerkstoff und Haftmittel)


▸ Reduzierung der Ausschussquote (Ressourceneinsparung)

▸ Erhöhte Wärmebeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Werkstücke durch

dauerhafte funktionale Nullfuge (mögliche Ressourceneinsparung durch hohe Lebensdauer

der Endprodukte)

▸ Minimierter Wartungsaufwand und geringere Rüstzeiten (höhere Produktivität)




▸ Der Energiebedarf bei 23 mm Kantenbreite und ca. 20 m/min Vorschub beträgt ca. 7 kWh. Im

Vergleich zu herkömmlichen Klebtechniken bestehend aus Leimtopf und Vorschmelzer

werden ca. 8 kWh eingespart. Ein Aufheizen wie bei konventionellen, leimgebundenen

Verfahren ist nicht erforderlich [DÜSTEC 2014].

▸ Energieersparnis: bis zu 11.616 kWh/a [Umweltinnovation 2013]

▸ Verringerung des CO2-Ausstoßes: ca. 6,5 t/a [Umweltinnovation 2013]

Weitere Umweltentlastungspotenziale [DDS 2010], [DÜSTEC 2014]:

▸ Energiebedarf ausschließlich im Moment des Kantenklebens auf das Werkstück

▸ Kein Einsatz von Klebern und Hilfsstoffen (zudem entfallen auch Lagerung/Logistik von

Betriebsmitteln und die Abstimmung von Kantenwerkstoff und Haftmittel)




▸ Dauerhafte licht- und alterungsbeständige Versiegelung der Werkstücke durch unsichtbare

Nullfuge (mögliche Ressourceneinsparung durch hohe Lebensdauer der Endprodukte)



46

▸ Die Technologie ist ausgereift, robust und wartungsarm – auch bei hoher Laufleistung und -

dauer

▸ Einfache Wartung möglich

FÜR DIE ANWENDBARKEIT RELEVANTE TECH. ASPEKTE


Kantenanleimen mit Laser ist geeignet für Schichtbetrieb und hohe Vorschübe (> 25 m/min).

Verglichen mit Kantenanleimen mit heißer Luft (Vorschübe bis 20 m/min) ist die Technik schneller

und daher für den industriellen Einsatz geeignet (Kantenanleimen mit heißer Luft eher geeignet für

KMU). Zu weiteren Vorteilen der Lasertechnologie zählen eine einfache Bedienung und hohe

Verfügbarkeit, Einsparung von Prozessschritten, geringer Wartungsaufwand und kurze Rüstzeiten

(z.B. bei Farbwechsel).


Das Verfahren kann, im Gegensatz zur Lasertechnologie, auch in bestehende Kantenanleimsysteme

einfach und kostengünstig integriert werden. Die Plasmatechnik eignet sich zur Ausstattung und

Nachrüstung sämtlicher Maschinenkategorien, vom manuellen Arbeitsplatz, Durchlauf- und

Hochgeschwindigkeitsanlagen bis hin zum zweidimensionalen Bearbeitungszentrum. Die Technik

eignet sich für einen Vorschub von 30 m/min und eine Kantenbandbreite von 22 mm [Plasmatreat

2014]. Technische Lösungen für geringere und höhere Leistungsbereiche befinden sich in der

Entwicklung.

WIRTSCHAFTLICHE AUSWIRKUNGEN


1) Die Investitionskosten betragen ca. 180.000 € (Die Anschaffungsinvestition für das

Kantenanleimen mit heißer Luft beträgt ca. 40.000 €), [Gespräch mit BRANDT Kantentechnik]

2) Im Vergleich zur herkömmlichen Schmelzklebertechnik auf Durchlaufmaschinen [HOMAG 2013]:

▸ Kostenersparnis: bis zu 4.430 €/a

[Berechnungsgrundlage: el. Energie: 0,12 €/kWh (abhängig von Land), Betrieb der Maschine 50

Wochen/a, 40 h im Einschichtbetrieb]

3) Im Vergleich zu herkömmlichen Schmelzklebertechnik auf CNC Bearbeitungszentren [HOMAG

2013]:

▸ Kostenersparnis bis zu 270 €/a



Kantenanleimen mittels Atmosphärendruckplasma [DDS 2010]

▸ Kann in bestehende Anlagen nachgerüstet werden (Umrüstkosten unter 100.000 €)

▸ Geringere Betriebskosten als Lasersysteme

▸ Günstiges Kantenmaterial, da keine Laser-Inhibitoren erforderlich

▸ Einfache Wartung

REFERENZEN

Referenzliteratur:



47

▸ [DDS 2010] Das Magazin für Möbel und Ausbau. 2010. Kante im Brennpunkt. Plasmatechnik

bringt die Nullfuge. www.plasmatreat.de/downloads/deutsch/10-05_DDS_Plasmatechnik-

Nullfuge.pdf

▸ [DÜSTEC 2014] DÜSTEC Plasma Innovations. 2014. Die Vorteile des DÜSTEC-Systems auf

einen Blick. www.duestec.de/technologie/vorteile/

▸ [HOMAG 2013] HOMAG Group AG. 2013. Broschüre ecoPlus – Technik, die sich rechnet.

www.homag-group.com/Medien/ecoPlus_2011_deutsch_844_22139.pdf (Stand 04/13)

▸ [Niemann 2013] Karl W. Niemann GmbH & Co. KG. 2014. Bau einer stationären Anlage zur

Möbeloberflächenbehandlung mit Atmosphärendruckplasma für Schmalflächen-Kanten-

Beschichtungen. Im Rahmen des Umweltinnovationsprogramms.

http://www.umweltinnovationsprogramm.de/sites/default/files/benutzer/36/dokumente/20

13-03-05_internetbeitrag_niemann.pdf

▸ [Plasmatreat 2014] Plasmatreat. 2014. Plasma schafft die Nullfuge

www.plasmatreat.de/industrieanwendungen/konsumgueter/moebel/plasmakante-

nullfuge.html

▸ [REHAU 2014] REHAU United Polymer Solutions. 2014. Broschüre Raukantex Laser Edge.

Holz- und Handwerksmesse Nürnberg. 17. Europäische Fachmesse für Maschinentechnologie

und Fertigungsbedarf. Nürnberg. 26. – 29.03.2014.

▸ [Umweltinnovation 2013] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und

Reaktorsicherheit. 2013. Bundesministerium fördert energiesparendes Verfahren in der

Möbelindustrie. Pressemitteilung Nr. 037/13.

www.bmub.bund.de/presse/pressemitteilungen/pm/artikel/bundesumweltministerium-

foerdert-energiesparendes-verfahren-in-der-moebelindustrie/

5.2 Verwendung von Stand-By-Systemen


Die Stand-By-Funktion versetzt energieverbrauchende Maschinen und Systeme in einen

energiesparenden Wartezustand, entweder per Knopfdruck oder nach einem definierten Zeitraum.

Sobald der energiesparende Modus aktiviert wird, unterbricht die Maschine den Normalbetrieb. Die

energieverbrauchenden Aggregate schalten sich ab, alle Servoantriebe werden vom Netzanschluss

getrennt und ein Signal deaktiviert automatisch die Absaugung [HOMAG 2013].



Effizienzbeispiele, Senkung des Energieverbrauchs in konkreten Anwendungsbeispielen [HOMAG

2013]:

Beispiel 1) Bearbeitungszentrum für ein breites Aufgabenspektrum (z.B. Fräsen, Bohren,

Kantenanleimen):

▸ Anschlusswert: 26 kW

▸ Durch Stand-by-Betrieb reduzierter Energieverbrauch im Leerlauf: bis zu 8.160 kWh/a

▸ Verringerung des CO₂-Ausstoßes: bis zu 5,7 t/a

Beispiel 2) Kanten- und Formatbearbeitungsanlage (Möbelstraße zur Längs- und Querbearbeitung):

▸ Anschlusswert: 350 kW (inklusive Transport)

▸ Energieeinsparung: bis zu 30.000 kWh/a

▸ Verringerung des CO₂-Ausstoßes: bis zu 21 t/a

http://www.plasmatreat.de/downloads/deutsch/10-05_DDS_Plasmatechnik-Nullfuge.pdf


http://www.duestec.de/technologie/vorteile/

http://www.homag-group.com/Medien/ecoPlus_2011_deutsch_844_22139.pdf

http://www.umweltinnovationsprogramm.de/sites/default/files/benutzer/36/dokumente/2013-03-05_internetbeitrag_niemann.pdf


http://www.plasmatreat.de/industrieanwendungen/konsumgueter/moebel/plasmakante-nullfuge.html


http://www.bmub.bund.de/presse/pressemitteilungen/pm/artikel/bundesumweltministerium-foerdert-energiesparendes-verfahren-in-der-moebelindustrie/




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Weitere Umweltentlastungspotenziale:

▸ Verminderung von Lärmemissionen (auch Verbesserung des Arbeits- und

Gesundheitsschutzes)


Die Technik ist weit verbreitet und kann in bestehende Bearbeitungsmaschinen nachgerüstet

werden. Die Technik ist ideal für den Einsatz in Bereichen, in denen die Maschinen nicht

durchgängig betrieben werden, jedoch bei Bedarf schnell zur Verfügung stehen müssen.


Mögliche Einsparungen aufgrund dieser technischen Anwendung in konkreten

Anwendungsbeispielen [HOMAG 2013]:

Beispiel 1) Bearbeitungszentrum für ein breites Aufgabenspektrum (z.B. Fräsen, Bohren,

Kantenanleimen):

▸ Kostenersparnis: bis zu 980 €/a

Beispiel 2) Kanten- und Formatbearbeitungsanlage (Möbelstraße zur Längs- und Querbearbeitung):

▸ Kostenersparnis: bis zu 3.700 €/a



REFERENZEN

Referenzliteratur:



5.3 Luftkissentische mit Lastabhängiger Luftkissensteuerung


Luftkissentische werden eingesetzt, um Werkstücke wie Holzplatten leicht verschieblich zu lagern.

Das zu Grunde liegende Funktionsprinzip der Luftkissentische ist, dass die Luftzuführungsöffnungen

mit einer Druckluftquelle verknüpft sind. Die Erzeugung des Überdrucks erfolgt mittels Ventilatoren.

Diese stellen einen Volumenfluss an komprimierter Luft zur Verfügung, der an eine Vielzahl von

Luftdüsen verteilt wird und bei Aktivierung aus diesen austritt. Beim Ausströmen der Luft baut sich

ein Luftpolster auf, das aufgelegte Werkstück schwebt und kann dadurch einfacher auf dem

Bearbeitungstisch verschoben/gedreht werden. Die Aktivierung erfolgt oft durch das Eindrücken

eines Stiftes durch das zu bearbeitende Holzwerkstück [Patent EP 2251127 A1], [Hoechsmann 2014].

Auf dem Markt existieren unterschiedliche Weiterentwicklungen der konventionellen

Luftkissentische. Es werden beispielsweise Luftkissentische mit lastabhängigem Gebläse angeboten.

Dabei wird der Volumenstrom der zugeführten Luft in Abhängigkeit vom Gewicht des Werkstücks

geregelt (integrierte Gewichtssensoren). Wenn kein Werkstück aufliegt, muss das Gebläse nicht

laufen. Benötigt das Werkstück wenig Luft-Unterstützung zum Handling, wird weniger Druck erzeugt

[Hoechsmann 2014], [HOMAG 2013].




49



Der Einsatz konventioneller Luftkissentische erfordert einen hohen Energiebedarf, da kontinuierlich

die maximale Luftmenge ausgeblasen wird, unabhängig vom Gewicht und der Größe des

aufliegenden Werkstücks. Die Luftmenge ist nicht an den tatsächlichen Bedarf angepasst [BaWü

2014].

Durch den Einsatz von Gewichtssensoren, für lastabhängige Luftkissensteuerung, kann der

Energieverbrauch gesenkt werden. Gewichtssensoren können den notwendigen Bedarf feststellen

und die Luftmenge entsprechend anpassen. Es wird nur so viel Luft ausgeblasen wie für das

aufliegende Werkstück tatsächlich benötigt wird. Die lastabhängige Luftkissensteuerung ist somit in

der Lage, den Energieverbrauch und damit auch den CO2-Ausstoß deutlich zu reduzieren [BaWü

2014].


▸ Ressourceneinsparung durch schonenden Umgang mit Werkstücken (Verminderung von

Ausschuss)

▸ Verteilung von Staubemissionen in der Werkhalle vermindert (federgelagerte Verschluss-

Kugeln schließen bei Nichtbelastung)

▸ Minderung der Lärmemissionen durch weniger ausströmende Luft

▸ Einfaches Handling und ergonomisches Arbeiten (Verbesserung des Arbeits- und


▸ Reduzierung der Zugluft am Arbeitsplatz (Verbesserung des Arbeits- und



Die Technik ist nicht weit verbreitet. Luftkissentische mit lastabhängiger Luftkissensteuerung

können beispielsweise bei horizontalen Plattenaufteilsägen eingesetzt werden.


Mit dieser Technik kann der Verschleiß von Materialien verringert und damit die Ausschussquote

reduziert werden. Durch die effizientere Ressourcennutzung sind zudem Kosteneinsparungen

möglich.

Effizienzbeispiel [HOMAG 2013]:

▸ Abhängig von der Arbeitsweise und Luftkissentischgröße sind Einsparungen bis zu 144 €/a

möglich.

[Berechnungsgrundlage: el. Energie: 0,12 €/kWh (abhängig von Land), Druckluftkosten 0,04 €/Nm3 bei

6-7 bar, Betrieb der Maschine 50 Wochen/a, 40 h im Einschichtbetrieb]

REFERENZEN

Referenzliteratur:

▸ [BaWü 2014] Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft. 2014. Betrieblicher

Umweltschutz in Baden-Württemberg, Schreiner. www.umweltschutz-bw.de/?lvl=341

▸ [Hoechsmann 2014] Höchsmann Technology for Wood. 2014. Luftkissentisch

Plattenzuschnitt.

www.hoechsmann.com/lexikon/20434/Luftkissentisch_Plattenzuschnitt.html



http://www.umweltschutz-bw.de/?lvl=341

http://www.hoechsmann.com/lexikon/20434/Luftkissentisch_Plattenzuschnitt.html




50

▸ [Patent EP2251127 A1] Europäische Patentanmeldung, Holzbearbeitungsmaschine mit

Luftkissentisch, 2010

5.4 Verwendung effizienter Motoren


Viele Standardmotoren erreichen besonders im Leistungsbereich unterhalb 20 kW nicht ihren

theoretisch bestmöglichen Wirkungsgrad. Hier bieten Energiesparmotoren, insbesondere aufgrund

ihrer verbesserten Blechpakete und Kupferwicklungen, verbesserter Luftführung im Motor und

geringer Fertigungstoleranzen einen höheren Wirkungsgrad [ABADO 2014], [DENA 2010b].

Elektrische Antriebe werden nach ihrem Wirkungsgrad klassifiziert. In der EU wurden umfangreiche

Gesetze verabschiedet, mit dem Ziel, den Energieverbrauch und damit den CO2-Ausstoß zu

reduzieren. Durch die Norm IEC 60034-30 wurden neue Effizienzklassen für Asynchronmotoren

festgelegt. Die weltweit harmonisierten Klassen (IE-Code) gelten für fast alle Niederspannungs-

Drehstrommotoren im Leistungsbereich von 0,75-375 kW. Die Unterteilung der Motoren erfolgt in

folgenden Klassen [DENA 2010b]:

▸ IE1=Standard Wirkungsgrad

▸ IE2=Hoher Wirkungsgrad

▸ IE3=Premium Wirkungsgrad

▸ IE4=Super Premium

Die Norm sorgt für eine international harmonisierte Regelung, bestimmt jedoch nicht, welche

Motoren und Mindestwirkungsgrade eingesetzt werden müssen. Die gesetzlichen Anforderungen der

EU sind in der Verordnung (EG) Nr. 640/2009 festgelegt. Für verschiedene Leistungsklassen werden

wie folgt gesetzliche Mindestenergieeffizienzstandards definiert [DENA 2010b]:

▸ Leistungsklasse 0,75-375 kW: mindestens IE2 ab 16 Juni 2011

▸ Leistungsklasse 7,5-375 kW: mindestens IE3 oder IE2 mit Frequenzumrichter ab 1. Januar

2015

▸ Leistungsklasse 0,75-375 kW: mindestens IE3 oder IE2 mit Frequenzumrichter ab 1. Januar

2017

In holzbe- und verarbeitenden Betrieben werden Maschinen selten konstant belastet. Neben den

offensichtlichen Potenzialen der Energiesparmotoren, ist eine genaue Drehzahlregelung des Motors

zur Anpassung der benötigten Leistung unerlässlich. Je näher ein Elektromotor an seiner Nennlast

betrieben wird, desto effizienter ist er. Eingesetzte Motoren sollten auch eine Ausschaltfunktion

besitzen, die im Falle eines Anlagenstillstands eingesetzt werden kann [Tech et al. 2003].



1) Effizienzbeispiel – Austausch eines älteren Motors (4-polig. 30kW, Effizienzklasse EFF3,

Wirkungsgrad 85%) durch einen Motor der Effizienzklasse IE3 [DENA 2010b]

Austausch eines Motors (Bemessungsleistung 30 kW; Wirkungsgrad von 85 %)

Betriebsstunden [h/a] 2.000

Energieeinsparung [kWh/a] 5.200

Kosteneinsparung [€/a] 620



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2) Effizienzbeispiel – Vergleich von IE1, IE2 und IE3 Motoren [Siemens 2014]:

Beispielrechnung2 - Bemessungsleistung 7,5 kW; Betriebszeit 2.000 h/a;

Energiepreis 0,10 €/kWh

Effizienzklasse IE1* IE2 IE3

Wirkungsgrad [%] 86,0 88,7 90,4

Energieverbrauch [kWh/a] 17.441 16.910 16.592

Energiekosten [€/a] 1.744,18 1.691,09 1.659,29

Einsparungen

Energie [kWh] 530 848

CO2-Emissionen [kg] 318 509

*[Ab 16. Juni 2011 mindestens IE2 Motoren für die Leistungsklasse 0,75-375 kW und ab 1. Januar

2015 mindestens IE3 oder IE2 mit Frequenzumrichter für die Leistungsklasse 7,5-375 kW]


▸ Verringerte Verluste auch während des Teillastbetriebs

▸ Höhere Lebensdauer als IE 1 Motoren (präzisere Bauweise, geringere Fertigungstoleranzen,

etc.)

▸ Geringere thermische Belastungen (z.B. durch bessere Wicklung und Verwendung von mehr

Kupfer, Verbesserung der Luftführung im Motor)

▸ Verringerter Wartungsaufwand

▸ Evtl. höherer Ressourcenverbrauch bei der Herstellung von Motoren (z.B. durch Einsatz von

mehr Kupfer, um thermische Verluste möglichst gering zu halten)


Energieeffiziente Motoren können im gesamten Sektor angewendet werden. Eine Nachrüstung in

bestehende Anlagen ist möglich. Falls keine Normmotoren verwendet werden, muss u.U. auf die

richtigen Anschlüsse von Motor und restlichen Komponenten geachtet werden. Zur Optimierung von

Stromverbrauch und Stromkosten sollte jedoch immer eine Gesamtbetrachtung des Antriebsystems

mit Umrichter, Motor, Getriebe und Antriebsmaschine erfolgen.


Die Anschaffungskosten von energieeffizienten Motoren amortisieren sich in relativ kurzer Zeit über

die eingesparten Energiekosten. Auch die Installationskosten unterscheiden sich kaum im Vergleich

zu IE 1 Motoren, solange Normmotoren verbaut werden [DENA 2010b].

Effizienzbeispiel – Kosteneinsparung bei Verwendung eines IE3 Motors:

▸ Bemessungsleistung 7,5 kW

▸ Kosteneinsparung: ca. 30 €/a (gegenüber einem IE2 Motor)

[Betriebszeit 2.000 h/a; Energiepreis 0,10 €/kWh]

2 Siemens Energiesparrechner (Online-Tool):

www.industry.siemens.com/drives/global/de/motor/niederspannungsmotoren/energiesparrechner/Seiten/Default.aspx

http://www.industry.siemens.com/drives/global/de/motor/niederspannungsmotoren/energiesparrechner/Seiten/Default.aspx



52

Wartungsmaßnahmen sollten unabhängig von der Art des verwendeten Motors regelmäßig

durchgeführt werden (z.B. Entfernung von Öl- und Staubablagerungen, Überprüfung von

Dichtungsringen und elektrischen und mechanischen Anschlüssen). Durch regelmäßige und von

qualifiziertem Fachpersonal durchgeführte Wartung können zwischen 3-10 % der Stromkosten

eingespart werden [DENA 2010b].

REFERENZEN

Referenzliteratur:

▸ [ABADO 2014] ABADO Energiemanagement. 2014. Energiemanagement in der

Holzindustrie. URL: www.abado-energiemanagement.de/holzindustrie.html

▸ [DENA 2010b] Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena). 2010. Ratgeber – Elektrische

Motoren in Industrie und Gewerbe: Energieeffizienz und Ökodesign-Richtlinie. Berlin, Juli

2010.



5.5 Energieeffiziente Absaugung von Spänen und Staub


Die Förderung von Spänen und Staub mit Ventilatoren benötigt häufig mehr Energie als die

abzusaugenden Holzbearbeitungsmaschinen. Im Bereich der Absaugung gibt es eine Vielzahl von

Ansatzpunkten, um den Energiebedarf zu reduzieren. Die Kombination folgender Techniken wird

hier näher betrachtet:

▸ Anpassung der Absaugluftmenge (z.B. durch Drehzahlregelung des Ventilators)

▸ Reinluftseitige Ventilatoranordnung

▸ Zentralabsaugung mit pneumatischen Absperrschiebern

Absauganlagen benötigen weniger Energie, wenn die Absaugleistung kontinuierlich dem

tatsächlichem Bedarf angepasst wird. Die Anpassung kann mittels drehzahlgeregelter

Absaugventilatoren erfolgen, aber auch Ventilatoren, deren Leistungsaufnahme über Schieber

gesteuert wird, nehmen im gedrosselten Betrieb deutlich weniger Leistung auf [Tech et al. 2003]. Das

entstehende Späne-Staub-Gemisch wird an den Stutzen der Bearbeitungsmaschinen erfasst und

durch den Ventilator zum Filtergerät gefördert. Der Ventilator ist in der Regel im Reinluftbereich der

Filteranlage oder nach der Filteranlage angeordnet. An einem Hauptabsaugrohr sind alle Werkzeuge

der Produktionshalle angeschlossen (Zentralabsaugung). Die Hauptleitung ist mit pneumatisch

betätigten Absperrschiebern ausgestattet, welche beim Ein- oder Ausschalten der

Bearbeitungsmaschinen automatisch öffnen oder schließen. Die Steuerung öffnet die Klappen zum

Absaugrohr ausschließlich beim Betrieb des Werkzeugs, wodurch nur bei Bedarf abgesaugt wird

[SPÄNEX 2014], [Scheuch].



1) Effizienzbeispiel – Einsparpotenzial moderner Lufttechnik [SPÄNEX 2014]:

▸ Praxisbeispiel 1: Absackfilteranlage mit dem Absaugventilator auf der Rohluftseite gegenüber

einem Entstauber mit dem im Gerät integrierten und drehzahlgeregelten Absaugventilator auf

der Reinluftseite.

http://www.abado-energiemanagement.de/holzindustrie.html




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▸ Praxisbeispiel 2: Filteranlage mit rohluftseitig angeordneten Ventilatoren (geschlossene

Laufräder), Wirkungsgrad etwa 70 % gegenüber einer drehzahlgeregelten Absauganlage mit

zwei auf der Reinluftseite angeordneten Ventilatoren.

Einsparpotenziale moderner Lufttechnik; Praxisbeispiel 1

Bezeichnung Absackfilteranlage Entstauber

Volumenstrom in [m3/h] 6.000 6.000

Pressung in [Pa] 2.500 2.500

Wirkungsgrad in [%] 60 80

Betriebsweise einschichtig einschichtig

Betriebsstunden in [h/a] 1.600 1.600

Auslastungsgrad* in [%] 75 75

Stromverbrauch in [kWh/a] 11.100 5.000

Einsparpotenzial in [kWh/a] 6.100

Einsparpotenziale moderner Lufttechnik; Praxisbeispiel 2

Bezeichnung Überdruckfilteranlage

ungeregelte Absaugventilatoren

Unterdruckfilteranlage

geregelte Absaugventilatoren

Volumenstrom in [m3/h] 55.000 55.000

Pressung in [Pa] 4.000 4.000

Wirkungsgrad in [%] 70 80

Betriebsweise zweischichtig zweischichtig

Betriebsstunden in [h/a] 3.200 3.200

Auslastungsgrad* in [%] 75 75

Stromverbrauch in [kWh/a] 280.000 161.000

Einsparpotenzial in [kWh/a] 119.000

*[der Auslastungsgrad von 75 % bedeutet, dass im Mittel nur ein Bedarf von 75 % an Absaugleistung

entsprechend den Volumenströmen von etwa a) 4.500 m3/h bzw. b) 41.000 m3/h besteht. Bei der

Altanlage bzw. Überdruckfilteranlage verändert sich die Luftmenge nur im Rahmen des Drosseleffektes,

der sich durch das Schließen von Absperrschiebern nicht genutzter Bearbeitungsmaschinen ergibt.

Gleichzeitig erhöht sich jedoch die Pressung des Ventilators, sodass die Auswirkungen auf den

Jahresstromverbrauch nicht relevant sind. Bei den Neuanlagen wird durch die Drehzahlregelung nur der

jeweils erforderliche Volumenstrom gefördert. Gleichzeitig passt sich die Pressung des Ventilators dem

verringerten Absaugvolumen an.]


▸ Verminderung von Staubemissionen (Reststaubgehalt unter 0,1 mg/m³)

▸ Praktisch kein Verschleiß (das Laufrad und Gehäuse werden nur mit gefilterter Luft

beaufschlagt)



54

▸ Der Ventilator scheidet als potentielle Zündquelle aus, da er sich nicht im Materialstrom

befindet

▸ Der Absaugventilator kann schalldämpfend eingehaust werden (Verringerung von

Lärmemissionen)

2) Effizienzbeispiel (konkrete Anwendungsbeispiele bei verschiedenen

Holzbearbeitungsmaschinen), [HOMAG 2013]:

Formatbearbeitungs- und Kantenanleimmaschine:

▸ Unterdrucke: 2.500 Pa für Nachbearbeitung, 1.800 Pa für Formatbearbeitung

▸ Einzelklappensteuerung

▸ Energieeinsparung: bis zu 33.000 kWh/a

Formfräsaggregat bei Kantenanleimmaschine:

▸ Bis zu 3,8 Millionen m3 weniger Absaugungsbedarf pro Jahr

▸ Um bis zu 4.200 kWh/a bzw. 47 % reduzierter Energieverbrauch

▸ Verringerung des CO2-Ausstoßes um bis zu 3 t/a

▸ Kosteneinsparung: bis zu 500 €/a

Breitbandschleifmaschine:

▸ Energieersparnis: ca. 18.000 kWh/a durch Senkung des benötigten Absaugvolumens

3) Effizienzbeispiel [Tech et al. 2003]:

▸ Verringerung der Ventilatordrehzahl um 10 % bewirkt eine Energieeinsparung von ~33 %


Die beschriebenen Techniken sind weit verbreitet und es existiert eine Reihe möglicher Variationen.

Die Techniken können über die gesamte Leistungsbandbreite eingesetzt werden, mit

Absaugvolumenströmen von etwa 3.000 m3/h bei Kleinanlagen bis zu 100.000 m3/h und mehr bei

Großanlagen [SPÄNEX 2014].

Die Zentralabsaugung ist eher geeignet für größere Betriebe und es ist von Vorteil, wenn die

Maschinen überwiegend im Dauerbetreib arbeiten. Die Technik kann bei Bedarf erweitert werden, da

bei Anschluss neuer Maschinen an die Absaugung ausschließlich die entsprechenden Absaugrohre

an das Hauptabsaugrohr angeschlossen werden [Tech et al. 2003], [Gespräch Scheuch Holzmesse].

Im reinluftseitigen Bereich sollten ausschließlich Hochleistungsventilatoren mit geschlossenen

Laufrädern zum Einsatz kommen, mit Wirkungsgraden von ca. 0,85 [Tech et al. 2003].


Die Kosten für die Absaugung schwanken stark in Abhängig von der Größe des Unternehmens (des

Absaugvolumens). Bei kleinen Anlagen entsprechen die Investitionskosten ca. 10 % der

Investitionskosten für die Gesamtanlage [Gespräch Scheuch Holzmesse]. Zentralabsauganlagen

weisen geringere Investitionskosten auf als Einzelabsauganlagen [Tech et al. 2003]. Für

Informationen zur möglichen Kosteneinsparungen siehe auch Effizienzbeispiele.

REFERENZEN

Referenzliteratur:

http://www.homag.com/de-de/products/productdatabase/homag/Seiten/kfl320.aspx



55


URL: www.homag-group.com/Medien/ecoPlus_2011_deutsch_844_22139.pdf (Stand

04/13).

▸ [SPÄNEX 2014] Spänex. 2014. Praxisbeispiele für „Moderne Absaugtechnik“,

„Energieeffiziente Absauganlage“ und „Energiesparende Anlagentechnik“.

www.spaenex.de/praxisbeispiele/holz.html und Holz-Zentralblatt „Energieeinsparung

entlastet Holzbe- und verarbeitende Betriebe“. http://www.spaenex.de/uploads/media/Holz-

Zentralblatt-18.09.2009.pdf

▸ [Tech et al. 2003] Tech T., Bodden P. und Albert J. 2003. Rationelle Energienutzung im

holzbe- und verarbeitenden Gewerbe. Leitfaden für die betriebliche Praxis. Friedr. Vieweg &

Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2003.

5.6 Luftrückführung nach Entstaubung


Der Wärmeinhalt der abgesaugten Luft wird in vielen Fällen nicht genutzt und geht als Abwärme in

die Umgebung verloren. Mit den derzeit eingesetzten Filteranlagen (Filterschläuche aus Gewebe)

können Reststaubkonzentrationen von unter 0,1 mg/m3 erreicht werden. Die abgesaugte und

gefilterte Luft kann nach dem Passieren des Filters zu ca. 80 % wieder in den Bereich der

Holzbearbeitungsmaschinen zurückgeführt werden. Dem Fertigungsbereich wird somit nur 20 % der

ursprünglich erwärmten Luft entnommen. Die Luftrückführung kann daher den Energieverbrauch

deutlich senken, da keine Energie zur Erwärmung der angesaugten Luft von Außentemperatur auf

die in der Halle gewünschte Temperatur benötigt wird. Zudem kann ein kleinerer Kessel installiert

werden. Falls auf die direkte Luftrückführung verzichtet werden muss, besteht die Möglichkeit, nach

der Filteranlage Wärmerückgewinnungssysteme einzusetzen, die mit Wirkungsgraden von ~60 %

arbeiten. Die vorzuhaltende Heizleistung und der äquivalente Brennstoffverbrauch reduzieren sich

damit auf etwa 40 % [Tech et al. 2003], [SPÄNEX 2014].



▸ 1) Effizienzbeispiel – Direkte Luftrückführung [SPÄNEX 2014]:

▸ Bei einem Absaugvolumenstrom von 10.000 m3/h muss eine Heizkesselleistung von 110 kW

vorgehalten werden; der Ölverbrauch zur Erwärmung der Luft beträgt etwa 25.000 l/a; bei

einem Absaugvolumen von 100.000 m3/h würde sich der Ölverbrauch verzehnfachen

▸ Bei direkter Luftrückführung kann ein hoher Anteil dieses Ölverbrauchs eingespart werden

2) Effizienzbeispiel – Wärmerückgewinnungssysteme [SPÄNEX 2014]:

▸ Beim Einsatz von Wärmerückgewinnungssystemen verringern sich die vorzuhaltende

Heizleistung und der äquivalente Ölverbrauch auf etwa 40 %


▸ Keine negativen Einflüsse durch evtl. belastete Abluft (geringe Staubbelastung;

Reststaubkonzentrationen von < 0,1 mg/m3 bei Einsatz von Schlauchfiltern aus Gewebe)

▸ Die Rückluft wird zugfrei in die Werkhalle eingeleitet, durch großzügig dimensionierte

Ausblaskanäle (Austrittsgeschwindigkeit < 1 m/s)

▸ Verbesserung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes (geringe Staubbelastung und keine

Zugluft in Arbeitsräumen)


http://www.spaenex.de/praxisbeispiele/holz.html

http://www.spaenex.de/uploads/media/Holz-Zentralblatt-18.09.2009.pdf




56


Die Technik kann im gesamten Sektor eingesetzt werden. Eine Nachrüstung ist möglich. Bei Anlagen

ohne Luftrückführung sollte geprüft werden, ob das Einspar- und Energiepotenzial der direkten

Luftrückführung genutzt werden kann. Unter Umständen sind anlagentechnische Modifikationen

nötig wie z.B. Ersatz der Filterschläuche, Überprüfung der Ventilatorleistung, etc. Falls auf die

direkte Luftrückführung verzichtet werden muss, besteht die Möglichkeit, nach der Filteranlage

Wärmerückgewinnungssysteme einzusetzen.


▸ Kosteneinsparung durch deutliche Verringerung des Brennstoffverbrauchs zur Erwärmung

der angesaugten Luft auf die in der Werkhalle gewünschte Temperatur

▸ Kleinerer (günstigerer) Kessel kann verwendet werden

REFERENZEN

Referenzliteratur:

▸ [SPÄNEX 2014] Spänex. 2014. Praxisbeispiele für „Moderne Absaugtechnik“,

„Energieeffiziente Absauganlage“ und „Energiesparende Anlagentechnik“.

www.spaenex.de/praxisbeispiele/holz.html und Holz-Zentralblatt „Energieeinsparung

entlastet Holzbe- und auch verarbeitende Betriebe“.





5.7 Rückgewinnung der Abbremsenergie


Die Bremsenergie von Holzbearbeitungsmaschinen kann mittels Regelelektronik durch

Generatorschaltung der Motoren genutzt werden. Dies ist besonders bei Maschinen wirksam, die

häufig Geschwindigkeits- oder Drehrichtungsänderungen vornehmen [Tech et al. 2003]. Diese

können die beim Abbremsen bislang in Wärme umgewandelte Energie kontrolliert und praktisch frei

von Rückwirkungen zurück ins Netz einspeisen, sodass sie von anderen Verbrauchern wieder

verwendet werden kann [KEM 2014].



▸ 1) Effizienzbeispiel - Energierückspeisung bei CNC-Bearbeitungszentren [HOMAG 2013]:

▸ Rückspeiseenergie: bis zu 3.200 kWh/a

▸ Bis zu 2,2 t/a weniger CO2 – Ausstoß

▸ Kostenersparnis: bis zu 384 €/a

2) Effizienzbeispiel [KEM 2014]:

▸ Energieeinsparung bis zu 20 % realisierbar (z.B. bei mehreren Vorschub- und zahlreichen

Spindelantrieben pro Maschine und Motorleistungen bis zu 90 kW, insbesondere an den

Achsen mit höheren Trägheitsmomenten wie etwa bei den Messerantrieben)


▸ Geringere Abgabe von Wärmeenergie (Wegfall von Bremswiderstand)





57

▸ Weniger Wärme im Schaltschrank (weniger Energie für die Klimatisierung)

▸ Verwendung kleinerer Schaltschränke möglich

▸ Erforderliche Einheiten sind bereits in den Maschinen vorhanden, weshalb ohne

Anpassungen oder zusätzliche Maßnahmen im Fabriknetz gearbeitet werden kann


▸ Die Technik ist nicht weit verbreitet

▸ Insbesondere geeignet bei leistungsstärkeren Maschinen

▸ Insbesondere geeignet bei kurzen Bearbeitungszyklen mit häufigem Werkzeugwechsel

▸ Kann ohne größeren Aufwand eingesetzt werden (alle Einheiten bereits in der Maschine

integriert)


Es liegen keine Angaben vor zu Kapital/Investitionskosten der Technik.

Die Energiebilanz wird insbesondere bei leistungsstärkeren Maschinen verbessert und über

reduzierte Betriebskosten die Amortisationszeiten verkürzt [KEM 2014]. Für Informationen zu

möglichen Kosteneinsparungen siehe auch Effizienzbeispiele 1) u. 2).

REFERENZEN

Referenzliteratur:

▸ [KEM 2014] Konstruktion, Entwicklung, Management (KEM). 2013. Hobeln mit

Rückspeisung, Umrichter verbessern die Energiebilanz von Holzbearbeitungsmaschinen.

www.kem.de/innovationdesmonats/-/article/30599594/37267874/Hobeln-mit-

R%C3%BCckspeisung/art_co_INSTANCE_0000/maximized/




5.8 Einsatz reibungsarmer Mechaniken und Antriebssysteme


Linearmotoren sind im Prinzip Drehstrommotoren, die der Länge nach „aufgewickelt“ werden. Die

Kraftübertragung erfolgt nicht mehr über eine Welle, die im Motor über einen Rotor angetrieben wird

und die Kraft auf ein Getriebe und dann auf z.B. ein Ritzel überträgt. Bei dieser Technologie ist der

Rotor als Magnet auf der Wicklung berührungslos unterwegs. Der Rotor hält also das zu bewegende

Aggregat wie Sägewagen oder Schieber magnetisch schwebend und wird über die indizierte

Spannung in die jeweils gewünschte Richtung transportiert. Durch den Einsatz von Linearmotoren

und Aggregatführungen über Linearführungen werden mechanische Komponenten überflüssig

[Giben 2014].



Durch den Einsatz der Technik verringert sich der Energieverbrauch (keine quantitativen Angaben).

Weitere Umweltentlastungspotenziale und medienübergreifende Auswirkungen:

Die Kraftübertragung erfolgt ohne Mechanik direkt auf das Aggregat. Ebenso erfolgt die

Maßabnahme nicht mit Drehgebern, sondern ebenfalls magnetisch, berührungslos und dient beim

http://www.kem.de/innovationdesmonats/-/article/30599594/37267874/Hobeln-mit-R%C3%BCckspeisung/art_co_INSTANCE_0000/maximized/




58

Schieber gleichzeitig zur Synchronisation der beiden Linearmotoren auf der linken und rechten

Traverse. Dadurch können die Aggregate viel schneller beschleunigt und abgebremst werden [Giben

2014]:

▸ Geschw. Sägewagen: 1-300 m/min (Technik mit Kette/Ritzel/Zahnstange 1-170 m/min)

▸ Geschw. Schieber: 1-120 m/min (Technik mit Kette/Ritzel/Zahnstange 1-90 m/min)

▸ Beschl. Sägewagen: 5,3 m/s² (Technik mit Kette 2,6 m/s², Ritzel/Zahnstange 2,4 m/s²)

▸ Beschleunigung Schieber: 3 m/s² (Technik mit Kette/Ritzel/Zahnstange 0,75 m/s²)

▸ Doppelt so viele Schnitte in der Minute möglich wie bei Maschinen mit

Kette/Ritzel/Zahnstange

▸ Zudem geringerer Materialverschleiß (die Linearführungen dienen nur noch dazu, das

Aggregat in der Bahn zu halten und zu führen, nicht jedoch dazu, Kräfte oder Gewichte zu

tragen).


Die Technik ist nicht weit verbreitet.


Keine Informationen zu wirtschaftlichen Auswirkungen vorhanden.

REFERENZEN

Referenzliteratur:

▸ [Giben 2014] Giben Plattenaufteiltechnik. 2014. Innovative Lösungen Giben Eco Tech.

www.giben.de/Website_Giben/GIBEN_Loesungen_ECOtech.html und

www.giben.de/Website_Giben/GIBEN_Maschinen_Prisma6000_ECOtech.html

http://www.giben.de/Website_Giben/GIBEN_Loesungen_ECOtech.html

http://www.giben.de/Website_Giben/GIBEN_Maschinen_Prisma6000_ECOtech.html



59

6 Applied techniques to reduce energy consumption (Fact-sheets)

In the following, selected techniques which are applied in order to reduce energy consumption will

be described as fact-sheets.

6.1 Edge banding with laser and atmospheric plasma

DESCRIPTION

In order to allow a comparison with conventional glue-based edge banding processes, as well as with

processes based on hot air, these techniques will be also briefly described.

Edge banding with conventional, glue-based processes

In a glue tray, bulky particles of the glue are heated up until they fluidize. Processed glues are

commonly PU (polyurethane) and EVA (ethylene vinyl acetate) based glues. The working piece which

has to be coated is pulled via rollers into the edge banding machine. Simultaneously the edge is fed

separately into the machine. The glue is applied via rollers onto the working piece. Finally, the edge

is pressed via conical pressing rollers onto the working piece and is - if required – further processed

(e.g. radius adjustment).

Edge banding with hot air

The coiled edge is fed via a feeding guide with rollers into the edge banding machine. From this

point, it is automatically processed further. All edges are coated with a functional polymer layer.

Within the process the edge is heated up temporarily with hot and compressed air, in order to

activate the functional layer. Afterwards, the edge is pressed via conical pressing rollers onto the

working piece and is – if required – processed further (e.g. edge rounding) [HOMAG 2013].

Edge banding with laser

The functional principle is similar to edge banding with hot air. The main difference is that the

functional layer is activated with laser technology. A special adhesive coating is melted directly on

the edging and pressed directly onto the working piece. An oscillating mirror deflects the laser to the

required height, depending on the thickness of the edging. This simplifies the processing compared

to conventional glue-based systems. The result is a visually seamless, so called ‘zero joint’ [HOMAG

2013].

Edge banding with atmospheric plasma

The edges are mounted via an activation process of atmospheric plasma. Therefore, the edges are

coated with a special polyurethane layer, which is activated with the help of plasma. Afterwards the

edge is joint solidly and mostly seamless with the working piece. The polymer or glue-based layer is

heated up to the required temperature, similar to the process of edge banding with laser [Niemann

2013].

POTENTIAL ENVIRONMENTAL BENEFITS AND CROSS-MEDIA EFFECTS

Edge banding with conventional, glue-based processes

▸ Relatively high energy demand for heating up the glue inside the glue tray

▸ Usual energy demand: 17 kWh [DDS 2010]

▸ Use of glue and auxiliary materials like separating agents or detergents

▸ Possible pollution or cleaning problems due to application of melted glue



60

Edge banding with hot air

▸ Relatively high energy demand for heating up air

▸ No usage of glue and auxiliary materials

▸ High quality final products (Resource savings due to longer product life span)

▸ Reduced production failures due to higher quality inside the process (raw material savings)


1) In comparison with conventional, hot melt adhesive technology on through-feed machines

[HOMAG 2013]:

▸ Energy savings: up to 36,911 kWh/a (more than 40 %)

▸ Reduction of CO₂ emissions: up to 26 t/a

[Calculation basis: operation time 50 weeks/a, 40 h one-shift operation]

2) In comparison with the conventional hot melt adhesive technology on CNC processing centres

[HOMAG 2013]:

▸ Energy savings: up to 2,250 kWh/a (more than 20 %)

▸ Reduction of CO₂ emissions: up to 1.6 t/a

[Calculation basis: operation time 50 weeks/a, 40 h one-shift operation]

Further environmental benefits [HOMAG 2013], [REHAU 2014]:

▸ Energy demand exclusively during actual moment of gluing edge onto working piece

▸ No usage of glue and auxiliary materials such as separating agents and detergents (in addition,

storage/logistics of utilities and adjustment of edge material and adhesion agent are not required)


▸ Reduction of reject rate (resource savings)

▸ Increase of heat and moisture resistance of the working pieces due to the permanent functional

‘zero joint’ (potential resource savings due to longer life span of final products)

▸ Minimized maintenance and set-up time (higher productivity)

▸ Improvement of health and safety at work (no handling of adhesives and auxiliary materials such

as separating and cleansing agents)


▸ The energy demand (with an edge width of 23mm and a feed rate of 20m/min) is about 7 kWh.

Compared to conventional edge banding techniques, with glue tray and pre-melting, around 8

kWh can be saved. A heating process like in conventional glue-based processes is not needed

[DÜSTEC 2014].

▸ Energy savings: up to 11,616 kWh/a [Umweltinnovation 2013]

▸ Reduction of CO₂ emissions: ca. 6.5 t/a [Umweltinnovation 2013]

Further environmental benefits [DDS 2010], [DÜSTEC 2014]:

▸ Energy demand exclusively during the actual moment of gluing edge onto working piece

▸ No usage of glue and auxiliary materials such as separating agents and detergents (in addition,

storage/logistics of utilities and adjustment of edge material and adhesion agent are not required)


▸ Improvement of health and safety at work (no handling of adhesives and auxiliary materials such

as separating and cleansing agents)



61

▸ Permanent light and ageing resistant sealing due to the invisible ‘zero joint’ (potential resource

savings due to longer life span of final products)

▸ The technology is technically mature, robust and low-maintenance, even during high operation

level and time

▸ Simple maintenance

APPLICABILITY


Edge banding with laser is suitable for shift operation and high feed rates (> 25 m/min). In

comparison with edge banding with hot air (feed rate up to 20 m/min) the process is faster and

therefore suitable for industrial applications (edge banding with hot air is rather suitable for SME).

Additional advantages of the laser technology are simple handling, high availability, reduction of

process steps, low maintenance and short set-up times (e.g. during change of colours).


Opposite to laser technologies, the process can be integrated into existing edge banding systems at

low cost. The plasma technology is suitable for equipping or upgrading of any machine categories,

starting at manual workstations, feed-through or high- speed machines, up to two-dimensional

machining centres. The technique is suitable for feed rates of 30 m/min and edging widths of 22 mm

[Plasmatreat 2014]. Technical solutions for lower and higher feed rates are currently under

development.

ECONOMICS


1) Investment costs account for ca. 180,000 € (Investment cost for edge banding with hot air

amounts to ca. 40,000 €), [Interview with BRANDT Kantentechnik]

2) In comparison with conventional hot melt adhesive technology on through-feed machines

[HOMAG 2013]:

▸ Cost savings: up to 4,430 €/a

[Calculation basis: el. energy: 0.12 €/kWh (varies with country), operation time 50 weeks/a, 40 h one-

shift operation]

3) In comparison with the conventional hot melt adhesive technology on CNC processing centres

[HOMAG 2013]:

▸ Cost savings: up to 270 €/a


shift operation]

Edge banding with atmospheric plasma [DDS 2010]

▸ Integration in existing system possible (Retooling cost significantly lower than 100,000 €)

▸ Current development of a cheaper solution for non-industrial applications

▸ Lower running costs compared to laser based systems

▸ Reduction of material cost for edges since laser inhibitors are not necessary anymore

▸ Simple maintenance



62

REFERENCE LITERATURE

▸ [DDS 2010] Das Magazin für Möbel und Ausbau. 2010. Kante im Brennpunkt. Plasmatechnik

bringt die Nullfuge. www.plasmatreat.de/downloads/deutsch/10-05_DDS_Plasmatechnik-

Nullfuge.pdf

▸ [DÜSTEC 2014] DÜSTEC Plasma Innovations. 2014. Die Vorteile des DÜSTEC-Systems auf einen

Blick. www.duestec.de/technologie/vorteile/


www.homag-group.com/Medien/ecoPlus_2011_deutsch_844_22139.pdf (effective: 04/13)

▸ [Niemann 2013] Karl W. Niemann GmbH & Co. KG. 2014. Bau einer stationären Anlage zur


Beschichtungen. Im Rahmen des Umweltinnovationsprogramms.

http://www.umweltinnovationsprogramm.de/sites/default/files/benutzer/36/dokumente/2013-

03-05_internetbeitrag_niemann.pdf

▸ [Plasmatreat 2014] Plasmatreat. 2014. Plasma schafft die Nullfuge

www.plasmatreat.de/industrieanwendungen/konsumgueter/moebel/plasmakante-nullfuge.html

▸ [REHAU 2014] REHAU United Polymer Solutions. 2014. Broschüre Raukantex Laser Edge. Holz-

und Handwerksmesse Nürnberg. 17. Europäische Fachmesse für Maschinentechnologie und

Fertigungsbedarf. Nürnberg. 26. – 29.03.2014.

▸ [Umweltinnovation 2013] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und

Reaktorsicherheit. 2013. Bundesministerium fördert energiesparendes Verfahren in der

Möbelindustrie. Pressemitteilung Nr. 037/13.

www.bmub.bund.de/presse/pressemitteilungen/pm/artikel/bundesumweltministerium-foerdert-

energiesparendes-verfahren-in-der-moebelindustrie/

6.2 Use of stand-by systems

DESCRIPTION

With the help of a stand-by function, energy intensive machinery and systems can be transferred into

an energy saving ‘sleeping mode’, either via a regular button or after a certain time period. As soon as

the energy saving mode is activated, the machine stops its regular operation mode. All energy

consuming units shut down, servo drives are disconnected from power supply and a signal

deactivates the automatic extraction system [HOMAG 2013].


Efficiency example: Reduction of energy consumption in specific examples [HOMAG 2013]:

Example 1) Multifunctional machining centre (e.g. moulding, drilling, edge banding)

▸ Connected load: 26 kW

▸ Reduced energy consumption due to stand-by operation when machine is idle: up to

8,160 kWh/a

▸ Reduction of CO₂ emissions: up to 5.7 t/a

Example 2) Sizing and edge banding system (complete furniture line for lengthwise and crosswise

processing):

▸ Connected load: 350 kW (including transport)

▸ Energy savings: up to 30,000 kWh/a

▸ Reduction of CO₂ emissions: up to 21 t/a












63


shift operation]

Further environmental benefits:

▸ Reduction of noise emissions (implies improvement of health and safety at work)

APPLICABILITY

The regarded technique is widely used and can be integrated in existing processing machines. It is

suitable for applications where machinery is not running continuously but needs to be in operation

mode quickly.

ECONOMICS

Potential cost savings due to technical application in specific examples [HOMAG 2013]:

Example 1) Multifunctional machining centre (e.g. moulding, drilling, edge banding):


Example 2) Sizing and edge banding system (complete furniture line for lengthwise and crosswise

processing):

▸ Cost savings: up to 3,700 €/a


shift operation]


[HOMAG 2013] HOMAG Group AG. 2013. Broschüre ecoPlus – Technik, die sich rechnet.


6.3 Air cushion tables with load dependent control

DESCRIPTION

The basic functional principle of air tables is that one or more air inlet openings within the table can

be fed with compressed air. The necessary pressure is commonly generated via fans. The volume flow

of the compressed air is distributed to several air outlet openings where air can be released on

demand. Flowing out of the opening, the compressed air forms an air cushion and the working piece

floats on top of this air cushion. Hence, it can be moved or turned easily on the processing table. The

air flow commonly is activated when the working piece is pushed onto a pin on the table [Patent EP

2251127 A1], [Hoechsmann 2014].

There are several developments of conventional air tables on the market, for instance air tables with

load-dependent control. Thereby, the volume flow of compressed air is regulated depending on the

weight of the working piece (via integrated weight sensors). As long as no working piece is placed on

the table, the fans are turned off. Correspondingly, the pressure will be reduced when the working

piece only requires a small amount of air support [Hoechsmann 2014], [HOMAG 2013].




64


Applying conventional air tables requires a high energy demand, since the maximum air volume is

generated continuously and independent from weight and size of the treated working piece. The

generated air volume is not adjusted to the actual volume needed [BaWü 2014].

Via the application of weight sensors for air tables with load-dependent control, the energy

consumption can be decreased. The integrated sensors are able to determine the necessary demand

and adjust the supplied volume of compressed air. Consequently, only the volume of compressed air

is generated, which is needed for handling of the working piece. Load-depended control of air tables,

therefore, significantly reduces energy consumption and CO2 emissions [BaWü 2014].


▸ Resource savings due to careful treatment of working pieces (decrease of reject rate)

▸ Reduced distribution of dust emissions in workshop (spring-loaded locking balls locked during

non-load situations)

▸ Reduction of noise emission due to less flowing air

▸ Simple handling and ergonomic working conditions (improvement of health and safety at work)

▸ Reduction of air draft at working places (improvement of health and safety at work)

APPLICABILITY

The technique is not widespread. Air tables with load-dependent control can be used for example in

horizontal panel sizing saws.

ECONOMICS

With this process wear of material and hence the reject rate can be reduced. In addition cost savings

are possible due to a more efficient use of resources.

Efficiency example [HOMAG 2013]:

▸ Depending on the mode of operation and air table size, savings of up to 144 €/a are possible.

[Calculation basis: el. energy: 0.12 €/kWh (varies with country), compressed air cost 0.04 €/Nm3 at 6-7

bar, operation time 50 weeks/a, 40 h one-shift operation]


▸ [BaWü 2014] Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft. 2014. Betrieblicher

Umweltschutz in Baden-Württemberg, Schreiner. www.umweltschutz-bw.de/?lvl=341

▸ [Hoechsmann 2014] Höchsmann Technology for Wood. 2014. Luftkissentisch Plattenzuschnitt.

www.hoechsmann.com/lexikon/20434/Luftkissentisch_Plattenzuschnitt.html



▸ [Patent EP2251127 A1] Europäische Patentanmeldung, Holzbearbeitungsmaschine mit

Luftkissentisch, 2010

6.4 Use of energy efficient motors

DESCRIPTION

Many standard motors are not able to provide the highest possible efficiency, especially in the power

range lower than 20kW. Within this range, energy efficient motors possess higher efficiency rates due

to improved sheet stacks and copper windings, improved airflow inside the motor and lower

production tolerances [ABADO 2014], [DENA 2010b].






65

Electrical drives are classified according their level of efficiency. Within the EU substantial laws have

been adopted in order to reduce energy consumption and thus CO2 emissions. IEC 60034-30

determines efficiency classes for asynchronous motors. Worldwide harmonized classes (IE-codes) are

valid for almost any low voltage three-phase motor within the output range of 0.75 to 375 kW. The

electric motors are classified as follows [DENA 2010b]:

▸ IE1= Standard Efficiency

▸ IE2= High Efficiency

▸ IE3= Premium Efficiency

▸ IE4= Super Premium Efficiency

The standard provides an internationally harmonized regulation, but does not determine which

motors have to be used or respectively which minimum efficiency levels have to be fulfilled. Legal

requirements for the EU are laid down in Commission Regulation (EC) No 640/2009. For different

power classes, legal minimum standards for efficiency have been defined [DENA 2010b]:

▸ Power class 0.75-375 kW: at least IE2, starting June 16, 2011

▸ Power class 7.5-375 kW: at least IE3 or IE2 with frequency inverter, starting January 1, 2015

▸ Power class 0.75-375 kW: at least IE3 or IE2 with frequency inverter, starting January 1, 2017

In wood working companies the wood processing machinery is rarely used continuously. Besides the

obvious potential of using efficient motors, an accurate use of rotation speed control is essential in

order to adapt the output of the motor to the actual power needed. The closer a motor is operated at

its nominal load, the more efficient it will be. Additionally, motors should have a switch-off function,

which can be used during machinery downtime [Tech et al. 2003].


1) Efficiency example – Exchanging an old motor (4-pole, 30kW, efficiency class EFF3, efficiency

85%) with a motor of class IE3 [DENA 2010b]:

Exchange of a motor (Rated Power 30 kW; Efficiency 85 %)

Operation time [h/a] 2,000

Energy savings [kWh/a] 5,200

Cost savings [€/a] 620

2) Efficiency example – Comparison of IE1, IE2 and IE3 motors [Siemens 2014]:

Example calculation 3 - rated power 7.5 kW; operation time 2,000 h/a; energy price

0.10 €/kWh

Efficiency class IE1* IE2 IE3

Efficiency [%] 86.0 88.7 90.4

Energy consumption

[kWh/a]

17,441 16,910 16,592

Energy cost [€/a] 1,744.18 1,691.09 1,659.29

3 Siemens energy savings calculator (online tool):

www.industry.siemens.com/drives/global/de/motor/niederspannungsmotoren/energiesparrechner/Seiten/Default.aspx




66

Savings

Energy [kWh] 530 848

CO2 emissions [kg] 318 509

* [from June 16, 2011 at least IE2 motors for the motor power class 0.75-375 kW and from January 1,

2015 at least IE3 or IE2 with frequency inverter for the motor power class 7.5-375 kW]


▸ Reduction of losses, also during part load operation

▸ Increased life span compared to IE1 motors (more precise construction, lower manufacturing

tolerances, etc.)

▸ Lower thermal load (e.g. due to better winding and use of more copper, improvement of air

circulation within the motor)

▸ Reduced maintenance requirements

▸ Possible increase in resource consumption during production of motors (e.g. due to the use of

more copper in order to keep thermal losses to a minimum)

APPLICABILITY

Efficient motors can be applied throughout the whole sector. Integration into existing plants is

possible. In case non-standardized motors are applied, the connections of the motor and

corresponding components might have to be checked. In order to optimize energy consumption and

costs, a holistic approach to regard the whole driving system incl. converter, motor, gear and driving

machine is considered optimal.

ECONOMICS

Investment costs of efficient motors are amortized via energy savings within a relatively short period

of time. Installation costs are also comparable to those of IE1 motors, as long as standardized motors

are mounted [DENA 2010b].

Efficiency examples – Cost savings due to usage of IE3 motor:

▸ Power rating 18 kW

▸ Cost savings: up to 30 €/a (compared to a IE2 motor)

[Operation time 2,000 h/a; energy cost 0.10 €/kWh]

Independent of the motor type used, maintenance measures should be carried out on a regular basis

(e.g. removal of oil and dust deposits, examination of gaskets and electrical and mechanical

connections). Due to regular maintenance, carried out by qualified personnel, 3-10 % of energy costs

can be saved [DENA 2010b].


▸ [ABADO 2014] ABADO Energiemanagement. 2014. Energiemanagement in der Holzindustrie.

URL: www.abado-energiemanagement.de/holzindustrie.html

▸ [DENA 2010b] Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena). 2010. Ratgeber – Elektrische Motoren in

Industrie und Gewerbe: Energieeffizienz und Ökodesign-Richtlinie. Berlin, Juli 2010.







67

6.5 Energy efficient extraction of chips and dust

DESCRIPTION

Conveying of chips and dust via fans is often more energy consuming than the wood processing

machine itself. In the field of extraction/suction many possibilities exist to reduce energy

consumption. The combination of following techniques is further explained:

▸ Adaption of air flow in extraction system (e.g. via rotation speed control of fans)

▸ Installation of fans at clean air side

▸ Centralized extraction system with pneumatic gate valves

Extraction systems will require less energy if the extraction capacity is continuously adapted to the

actual amount needed. The adaption can be performed via a rotation speed control of the extraction

fans. Alternatively fans whose power input is regulated with gate valves, require less energy in a part

load operation mode [Tech et al. 2003]. The occurring chip-dust mixture is picked up at a nozzle of

the processing machine and conveyed to the filter via fans. The fans are commonly installed within

the clean air side of the filtering system or after the filter. All relevant tools of the production site are

connected to the main extraction pipe (centralized extraction system). The main pipe is equipped

with pneumatic operating gate valves which open/close automatically during operation/shut-down

of the processing machinery. The control allows an exclusive opening of the valves during operation

of the machine. Consequently the extraction system is only working on demand [SPÄNEX 2014],

[Scheuch].


1) Efficiency examples – Potential savings of modern air technology [SPÄNEX 2014]:

▸ Example 1: Bag filter units with an extraction fan at the intake air side vs. a dust remover of new

type with an integrated and rotation speed controlled extraction fan at the clean air side.

▸ Example 2: Filter system with fans (closed rotors) installed at the intake air side, efficiency about

70% compared to rotation speed controlled extraction system with two fans installed at the clean

air side.

Potential savings of modern air technology; Example 1

Description Bag filter unit Dust remover

Volume flow [m3/h] 6,000 6,000

Head (static) pressure [Pa] 2,500 2,500

Efficiency [%] 60 80

Operation mode one-shift one-shift

Operation time [h/a] 1,600 1,600

Load factor* [%] 75 75

Energy consumption

[kWh/a]

11,100 5,000

Potential savings [kWh/a] 6,100



68

Potential savings of modern air technology; Example 2

Description Excess pressure filtering

system with uncontrolled

extraction fans

Vacuum filtering system with

rotation speed controlled

extraction fans

Volume flow [m3/h] 55,000 55,000

Head (static) pressure [Pa] 4,000 4,000

Efficiency [%] 70 80

Operation mode two-shift two-shift

Operation time [h/a] 3,200 3,200

Load factor* [%] 75 75

Energy consumption

[kWh/a]

280,000 161,000

Potential savings [kWh/a] 119,000

*[load factor of 75% means, that there is an average demand of 75% of the extraction

output which correspond to volume flows of a) 4,500 m3/h respectively b) 41,000 m3/h.

Regarding the excess pressure filtering system (old type), the air volume changes only

because of a throttle effect which occurs due to a closure of gate valves for non-operating

processing machines. Concurrently the head (static) pressure of the fan increases, with the

result that possible impacts on the annual energy consumption can be neglected. In systems

of the new type, the rotation speed control guarantees that only the required volume flow is

conveyed. Concurrently the head (static) pressure of the fan adapts to the decreased

extraction volume.]


▸ Reduction of dust emissions (remaining dust content below 0.1 mg/m3)

▸ Effectively no wear (impeller and housing are only treated with filtered air)

▸ The fan is not considered to be a relevant source of ignition due to its location outside the

material flow

▸ The extraction fan can be sound-insulated (Reduction of noise emissions)

2) Efficiency examples (practical examples for different wood processing machines) [HOMAG 2013]:

Sizing and edge banding machine:

▸ Negative pressures: 2,500 Pa for finishing processes, 1,800 Pa for sizing

▸ Control of the individual valves

▸ Energy savings: up to 33,000 kWh/a

Profile trimming unit for edge banding machine:

▸ Extraction requirement cut by up to 3.8 million m3 a year

▸ Up to 4,200 kWh/a, respectively 47 % reduced energy consumption

▸ Reduced CO2 emissions by up to 3 t/a


Wide belt grinding machine:



69

▸ Energy savings: ca. 18,000 kWh/a due to reduction of required extraction volume

3) Efficiency example [Tech et al. 2003]:

▸ Decrease of fan speed by 10% results in energy savings of ca. 33 %

APPLICABILITY

The described techniques are wide spread and available in several variations. The application of

these techniques covers the whole output range, starting at 3,000 m3/h for small machines and

ranging until 100,000 m3/h for industrial sized machines [SPÄNEX 2014].

A central extraction system is rather suitable for larger companies. Furthermore, it is advantageous

when processing machines are operated continuously. The technique can be extended on demand,

since new machines can be included via a connection of their corresponding extraction pipe to the

main system [Tech et al. 2003], [Interview Scheuch Holzmesse].

Regarding the clean air part, exclusively high-performance fans with closed rotors should be applied

that provide efficiency levels of about 0.85 [Tech et al. 2003].

ECONOMICS

Cost for extraction may vary and depend heavily on the size of the company (respectively the

necessary extraction volume). For smaller machines, investment cost for the extraction system

account for ca. 10% of overall investment cost for the entire machine [Interview Scheuch Holzmesse].

Centralized extraction systems show less investment cost than single extraction systems [Tech et al.

2003]. Further, information to potential cost savings are provided within the aforementioned

efficiency examples.


▸ [HOMAG 2013] HOMAG Group AG. 2013. Broschüre ecoPlus – Technik, die sich rechnet. URL:

www.homag-group.com/Medien/ecoPlus_2011_deutsch_844_22139.pdf (effective: 04/13).

▸ [SPÄNEX 2014] Spänex. 2014. Praxisbeispiele für „Moderne Absaugtechnik“, „Energieeffiziente

Absauganlage“ und „Energiesparende Anlagentechnik“.

www.spaenex.de/praxisbeispiele/holz.html und Holz-Zentralblatt „Energieeinsparung entlastet

Holzbe- und verarbeitende Betriebe“. http://www.spaenex.de/uploads/media/Holz-Zentralblatt-

18.09.2009.pdf

▸ [Tech et al. 2003] Tech T., Bodden P. und Albert J. 2003. Rationelle Energienutzung im holzbe-

und verarbeitenden Gewerbe. Leitfaden für die betriebliche Praxis. Friedr. Vieweg & Sohn

Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2003.

6.6 Air recirculation after dust removal

DESCRIPTION

The heat content of extracted air in many cases is not used and vanishes as heat loss into the

environment. With help of currently applied filter systems (e.g. fabric filter tubes) residual dust

contents of less than 0.1 mg/m3 are achievable. After passing the filter, about 80% of the extracted

and filtered air can be recirculated into the area of the wood processing machines. So, only 20 % of

the initially heated air has to leave the production area. A recirculation of air thus can significantly

decrease energy consumption, since no energy is needed for heating up the ambient air to the

necessary temperature inside the production hall. Additionally, a smaller boiler can be installed. In

case direct air recirculation is not feasible, there is the possibility of an installation of heat recovery







70

systems, which show efficiency levels of about 60%, after the filters. The necessary heating power as

well as the equivalent fuel consumption can be therefore decreased to 40% [Tech et al. 2003],

[SPÄNEX 2014].


1) Efficiency example – Direct air recirculation [SPÄNEX 2014]:

▸ If the extraction volume flow amounts to 10,000 m3/h, a heating boiler output of 110 kW will be

necessary; oil consumption for heating the air will account for about 25,000 l/a; if the extraction

volume flow is 100,000 m3/h, oil consumption will increase tenfold

▸ With an application of direct air recirculation, a high amount of this oil consumption could be

saved

2) Efficiency example – Heat recovery system [SPÄNEX 2014]:

▸ With an application of heat recovery systems, the necessary heating power as well as the

equivalent oil consumption can be decreased to 40%


▸ No negative impacts due to potentially polluted exhaust air (low dust contents of less than 0.1

mg/m3 when fabric filter tubes are applied)

▸ Recirculated air is fed into production area via large dimensioned air tunnels (exhaust velocity < 1

m/s)

▸ Improvement of health and safety at work (low dust contents and air draft at working places)

APPLICABILITY

The described technique can be applied throughout the entire sector. An upgrade for existing plants

is possible. In case machines without air recirculation are in use, it should be checked whether the

(energy) saving potentials of direct air recirculation can be utilised. In some cases, machine specific

modifications may be necessary, e.g. replacement of filter tubes, review of the fan output, etc. In case

the direct air recirculation is not feasible, there is the possibility of an installation of heat recovery

systems after the filters.

ECONOMICS

▸ Cost savings due to decreased fuel consumption, since no energy is needed for heating up the

ambient air to the necessary temperature inside the production hall.

▸ Application of a smaller (cheaper) boiler is possible


▸ [SPÄNEX 2014] Spänex. 2014. Praxisbeispiele für „Moderne Absaugtechnik“, „Energieeffiziente

Absauganlage“ und „Energiesparende Anlagentechnik“.

www.spaenex.de/praxisbeispiele/holz.html und Holz-Zentralblatt „Energieeinsparung entlastet

Holzbe- und auch verarbeitende Betriebe“. http://www.spaenex.de/uploads/media/Holz-

Zentralblatt-18.09.2009.pdf









71

6.7 Recovery of breaking energy

DESCRIPTION

Braking energy of wood processing machinery can be used via automation electronics, namely

through switching the motors to generator mode. This is especially applicable for machines with

frequent changes in velocity or direction [Tech et al. 2003]. Consequently, energy which so far was

converted into heat can now be controlled and fed back into the grid without any retroaction, where

other appliances can use this energy again [KEM 2014].


1) Efficiency example- Energy recovery of CNC machining centre [HOMAG 2013]:

▸ Energy recovery: up to 3,200 kWh/a

▸ Up to 2.2 t less CO2/a


2) Efficiency example [KEM 2014]:

▸ Energy savings up to 20% are feasible (e.g. when several feed motors and numerous spindle

drives exist per machine, combined with a motor output range up to 90 kW, especially suitable at

axes showing high moments of inertia, e.g. at the knife drive).


▸ Reduced loss of thermal energy (loss of braking resistance)

▸ Less heat inside the switchboard (less energy for air conditioning)

▸ Usage of smaller switchboards possible

▸ Required units are already integrated in machines, so adjustments or additional measures are not

necessary in order to work within the grid of the factory

APPLICABILITY

▸ The regarded technique is not widespread

▸ Especially suitable for high-output machinery

▸ Especially suitable for short processing times with frequent tool changes

▸ Applicable with minor efforts (all units are already included)

ECONOMICS

Information on capital or investment costs is not available.

Especially for high-output machinery the energy footprint can be improved. Reduced operation costs

shorten the respective amortization time [KEM 2014]. For information about potential cost savings

please see also the efficiency examples No. 1) and 2).


▸ [KEM 2014] Konstruktion, Entwicklung, Management (KEM). 2013. Hobeln mit Rückspeisung,

Umrichter verbessern die Energiebilanz von Holzbearbeitungsmaschinen.

www.kem.de/innovationdesmonats/-/article/30599594/37267874/Hobeln-mit-






72




6.8 Application of low friction mechanics and drive systems

DESCRIPTION

Linear motors are basically three-phase motors, that are ‘winded up‘ lengthwise. The power is not

transmitted anymore via a shaft which is driven by a rotor inside the motor and transmits the power

to a gear and following to e.g. a sprocket. Within the regarded technique, the rotor acts contactless as

a magnet at the winding. Hence, the rotor keeps the aggregates which should be moved (e.g. saw

carrier, sliders) magnetically floating. Via the induced voltage the aggregates can be transposed in

the desired direction. With an application of linear motors and aggregate guideways above linear

guideways, mechanical components are not required anymore [Giben 2014].


Due to application of the technique, energy consumption can be reduced (no quantitative data

available).


Power transmission is conducted directly to the aggregate and without mechanics. Furthermore the

taking of measurements is not conducted via rotary encoder, but also magnetically and contactless. It

also facilitates the slides’ synchronization of both linear motors on the left and right traverse.

Consequently the aggregates can be accelerated and slowed down faster [Giben 2014]:

Velocity saw carrier: 1-300 m/min (technique with chain/sprocket/rack 1-170 m/min)

▸ Velocity slides: 1-120 m/min (technique with chain/sprocket/rack 1-90 m/min)

▸ Acceleration saw carrier: 5.3 m/s² (technique with a chain 2.6 m/s², sprocket/rack 2.4 m/s²)

▸ Acceleration slides: 3 m/s² (technique sprocket/rack 0.75 m/s²)

▸ Twice the amount of cuts possible compared to machines with chain/sprocket/rack construction

▸ Additionally reduced material wear (linear guideways only act to ensure that the aggregate is

kept in line, but not to transmit power or weight

APPLICABILITY

The regarded technique is not widespread.

ECONOMICS

Information on economics is not available.


[Giben 2014] Giben Plattenaufteiltechnik. 2014. Innovative Lösungen Giben Eco Tech.


www.giben.de/Website_Giben/GIBEN_Maschinen_Prisma6000_ECOtech.html





73

7 Literatur- und Quellenverzeichnis

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Scheuch GmbH. 2014. Persönliches Gespräch mit Scheuch. Holz- und Handwerksmesse Nürnberg.

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Abschlussbericht: Ermittlung des Standes der Technik bei ... · 7 Literatur- und Quellenverzeichnis ..... 73 Vorbereitungsstudie zur Ermittlung des Standes der Technik bei Anlagen